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32位单片机的位数和指令集是关键选择标准

MCU产品型号众多,可以按照位数、存储器结构、指令集和应用领域这四种标准进行分类。


按照位数,通常可将MCU分为4位、8位、16位、32位。位数越高,运算能力越强。


按照存储器结构,MCU可分为冯诺依曼结构和哈佛结构。二者的主要区别为是否将程序指令和数据存储于同一个存储器中。


按照指令集,MCU可分为CISC(复杂指令集架构)和RISC(精简指令集架构)两类。


MCU位数指的是MCU每次处理数据的宽度,或者总线及数据暂存器的宽度。1971年英特尔研制出世界上第一个4MCU Intel 4004,随着技术的不断发展以及应用场景的多元化,陆续出现8位、16位、32单片机、甚至64位。目前MCU主要应用在手机、PC外围、遥控器等消费电子,步进马达、机器手臂控制等工业控制和汽车电子等领域。


8单片机市场地位稳固,32单片机解决复杂场景问题。据芯知汇数据,2020年中国通用型MCU市场规模占比中,32位占比54%8位占比43%4位占比2%16位占比1%32单片机8位占据市场主流,且未来32单片机产品占比预计仍将不断提高。MCU的广泛应用源自8位时代,8MCU具有功耗低、成本低、使用便捷等优点,广泛应用于消费、工业控制、家电和汽车等领域,由于其产品稳定性及高性价比,8位至今仍占据重要地位。16位产品性能不及32位,性价比不如8MCU,所以市场份额有被挤压的趋势。32单片机相比16位具有更强的运算能力,可以满足当下大多数嵌入式场景的需求,且目前32MCU的成本逐渐接近8MCU,导致32MCU的市场占比最大。


按照程序指令和数据是否位于相同的存储地址,可将MCU分为冯诺依曼结构和哈佛结构。冯诺依曼结构又称为普林斯顿结构,将程序指令存储器和数据存储器合并在一起,同时存储器与中央处理器分开。哈佛结构将程序指令和数据分开存储,中央处理器首先读取指令存储器中的指令,再读取数据存储器中相应的数据,程序指令和数据指令可以有不同的数据宽度,通常具有较高的执行效率。


CISCRISC指令集系统是目前主要的两种MCU指令系统。CISC(复杂指令集)的指令格式和指令大小不固定,每条指令按照规范设计为最合适的格式和大小,每条指令执行的时间不一样,以此来追求更强的处理能力。RISC(精简指令集)的指令长度是固定的,并且采取流水线的概念,将处理过程划分为多个阶段,每个时钟周期可以执行一条指令,执行部分并行处理。CISC指令能力强,但CPU复杂度较高,RISC指令较为固定,优化了编译流程。