接近基于微控制器 （MCU） 的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，團(tuán)隊(duì)經(jīng)常面臨艱難的選擇，要么堅(jiān)持使用 8 位或 16 位 MCU 架構(gòu)，要么選擇更強(qiáng)大的 32 位選項(xiàng)。乍一看，選擇似乎很簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)上，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)選擇具有最小指令寬度產(chǎn)品類別的 MCU，以處理應(yīng)用需求。然而，今天，32 位產(chǎn)品提供的代碼密度可以與 8/16 位 MCU 相媲美，有時(shí)更高的處理性能實(shí)際上可以降低系統(tǒng)功耗。相反，8/16 位處理器通常提供較低的絕對(duì)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)功耗。此外，軟件兼容性也被考慮在內(nèi)。讓我們考慮每個(gè)類別的 MCU 系列來檢查這些權(quán)衡。

　　恩智浦最近將其低端 MCU 工作重點(diǎn)放在 32 位處理器上，這些處理器可以在白色家電、各種儀表和工業(yè)傳感器網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)的 8/16 位應(yīng)用中競(jìng)爭(zhēng)。該公司仍提供一些傳統(tǒng)的 8/16 位 MCU，但最近專注于 ARM-Cortex-M0 內(nèi)核作為其低端 MCU 產(chǎn)品組合的基礎(chǔ)。恩智浦在其 LPC1100 系列中提供了 32 位架構(gòu)，現(xiàn)在有十幾種特定配置可供選擇，而且肯定會(huì)推出。

　　德州儀器 （TI） 采取了不同的方法，專注于低端的 MSP430 16 位系列，同時(shí)提供多種架構(gòu)，包括用于高端應(yīng)用的 32 位 ARM Cortex-M3。TI 已將 MSP430 定位為超低功耗 MCU 系列，并且確實(shí)將其營銷工作更多地集中在篡奪 8 位設(shè)計(jì)勝利上，而不是保護(hù) 16 位地盤免受 32 位入侵者的侵害。TI 最近在 MSP430G2xx2 超值系列中為該系列增加了 64 款器件，這些器件具有處理電容式觸摸用戶界面等新特性。

　　32 位音高

　　NXP、ARM 和其他 Cortex-M0 被許可方關(guān)于為何 32 位架構(gòu)是更好選擇的說法相當(dāng)簡(jiǎn)單。兩家公司相信 Cortex-M0 最終會(huì)提供卓越的代碼密度和性能，從而最終在系統(tǒng)級(jí)也提供更低的成本。

　　代碼大小很重要，因?yàn)樗鼤?huì)影響托管應(yīng)用程序所需的內(nèi)存量。傳統(tǒng)上，較短的指令字提供更好的代碼密度，因此應(yīng)用程序更容易適應(yīng) MCU 上可用的有限內(nèi)存。Cortex-M0 處理器使用 ARM Thumb-2 指令集。Thumb-2 是完整 32 位 ARM 指令集的 16 位子集。

　　據(jù) NXP 稱，與 8/16 位架構(gòu)（例如 8051 系列、Microchip PIC18 和 PIC24 系列以及 TI MSP430 系列）相比，Thumb-2 具有代碼密度優(yōu)勢(shì)。NXP 指出，即使是 8 位 8051 也使用可以擴(kuò)展到 24 位的可變長度指令，同樣，16 位 MSP430 也有長達(dá) 64 位的指令。Thumb-2 指令的長度固定為 16 位。

　　代碼密度的有效比較肯定需要比簡(jiǎn)單查看指令長度更復(fù)雜的比較。例如，Cortex-A0 使用 RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)）架構(gòu)，其中固定長度指令是該方法的宗旨。但是具有可變長度指令的 CISC（復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)）體系結(jié)構(gòu)在每個(gè)指令周期中完成的工作比 RISC 體系結(jié)構(gòu)更多。這并不意味著恩智浦的代碼密度聲明一定是錯(cuò)誤的，但這確實(shí)意味著嵌入式設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)該檢查與他們的應(yīng)用和正在考慮的候選 MCU 相關(guān)的代碼密度。

　　性能和功率

　　在性能方面，32 位架構(gòu)通常具有由處理的數(shù)據(jù)元素的寬度和處理器運(yùn)行的時(shí)鐘速率驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于以高達(dá) 50 MHz 的時(shí)鐘速度運(yùn)行的 LPC1100 系列而言，這通常是正確的。NXP 聲稱 MCU 提供超過 45 DMIPS （Dhrystone MIPS），而 NXP 估計(jì)典型的 16 位性能為 3 到 5 DMIPS。

　　當(dāng)然，性能必須相對(duì)于功耗來考慮。恩智浦在發(fā)布時(shí)表示，該系列在全速時(shí)需要不到 10 mA 的驅(qū)動(dòng)電流。然而，許多應(yīng)用程序不需要 50-MHz 級(jí)別的性能。查看 MCU 數(shù)據(jù)表可以發(fā)現(xiàn)，在 12 MHz 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電流在 2 到 3 mA 范圍內(nèi)變化，具體取決于 1.8 到 3.6 V 之間的電源電壓。

　　與 LPC1100 系列相比，16 位 TI MSP430 系列并沒有顯著降低有源功耗。典型器件的額定電流為 220 μA/MHz，輸入電壓為 2.2 V。在 12 MHz 時(shí)鐘速率下，MSP430 的電流為 2.6 mA，與 NXP 器件處于相同范圍內(nèi)。

　　TI 產(chǎn)品系列確實(shí)提供了更簡(jiǎn)陋的低壓模式范圍，最低為 0.1 μA，同時(shí)保留了 RAM 的內(nèi)容。TI 還吹捧 MCU 系列能夠非常快速地從低功耗模式中恢復(fù)，從而消除了與經(jīng)常使用此類模式相關(guān)的任何性能損失。

　　在性能和功耗方面，嵌入式團(tuán)隊(duì)在比較 16 位和 32 位選項(xiàng)時(shí)面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。恩智浦認(rèn)為 32 位架構(gòu)提供的更高性能意味著 MCU 可以在活動(dòng)模式下花費(fèi)更少的時(shí)間，而在低功耗模式下花費(fèi)更多時(shí)間——有效降低系統(tǒng)級(jí)功耗。

　　TI 將反駁 MSP430 系列現(xiàn)在包括可以在 25MHz 時(shí)鐘速度下運(yùn)行的器件這一事實(shí)。此外，這兩個(gè)產(chǎn)品系列的相對(duì)性能比 NXP 讓您相信的更接近。在 EEMBC CoreMark 網(wǎng)站上發(fā)布的基準(zhǔn)分?jǐn)?shù)中，MSP430 條目獲得的分?jǐn)?shù)范圍為 0.616 至 0.737 CoreMark/MHz，而 NXP1100 條目獲得的分?jǐn)?shù)范圍為 0.978 至 1.410 CoreMark/MHz。在每個(gè)時(shí)鐘的基礎(chǔ)上，32 位架構(gòu)顯然最多是 16 位架構(gòu)的兩倍。

　　為了做出最佳選擇，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)必須深入了解每個(gè)處理器如何處理手頭的應(yīng)用程序。團(tuán)隊(duì)必須辨別處理應(yīng)用程序所需的時(shí)鐘頻率，并嘗試估計(jì)低功耗模式的影響——假設(shè)功耗很重要。