幾十年前，8位單片機(jī)（MCU）席卷業(yè)界，但現(xiàn)在8位MCU有讓位32位架構(gòu)的趨勢(shì)，有行業(yè)分析師指出，32位和8位單片機(jī)還在在不斷成長(zhǎng)。不過(guò)，最早使用MCU的人對(duì)BASIC以及Microchip PIC還念念不忘，不過(guò)以最新Arduino Uno來(lái)說(shuō)，這就是一個(gè)從8位到32位架構(gòu)轉(zhuǎn)變的典型案例。即使你現(xiàn)在的應(yīng)用程序只需要一個(gè)8位架構(gòu)，但因?yàn)樗^的“智能”設(shè)備需求增長(zhǎng)過(guò)些日子8位就不夠用了，值得慶幸的是，現(xiàn)在有大量開源開發(fā)工具可以讓那些渴望“冒險(xiǎn)”的激進(jìn)工程師使用。

圖1：寄存器大小是的區(qū)別系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo)，同時(shí)也影響系統(tǒng)性能。

科普---8， 16， 32性能大比拼

當(dāng)我們說(shuō)一個(gè)單片機(jī)是8位或32位的時(shí)候到底是指什么意思呢？其實(shí)這些數(shù)指的是處理器寄存器的大小或?qū)挾取Ｒ粋€(gè)8位單片機(jī)寄存器，一個(gè)處理器的基本內(nèi)存單元是8位寬。在被算術(shù)邏輯單元（ALU）操作之前寄存器從RAM內(nèi)存取出數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。因此，較大的寄存器意味著是我們可以操作大量的數(shù)據(jù)以減少時(shí)鐘周期。一般來(lái)說(shuō)，更大的寄存器給我們帶來(lái)更好的計(jì)算性能，這就是為什么筆記本電腦和智能手機(jī)的中央處理單元（CPU）使用64位的架構(gòu)。

那從8位轉(zhuǎn)換位32位究竟有什么優(yōu)勢(shì)呢？如何來(lái)權(quán)衡？要很好地理解技術(shù)和您的應(yīng)用程序以確保您做出正確的設(shè)計(jì)決策。

1.更多的內(nèi)存：32位架構(gòu)意味著你直接訪問4Gb的內(nèi)存空間而不需要采取特殊的技術(shù)，如內(nèi)存分頁(yè)。

2.處理能力：新架構(gòu)主要受益于更快的時(shí)鐘和每個(gè)時(shí)鐘周期增加的計(jì)算能力。平均來(lái)說(shuō)，這意味通過(guò)32位架構(gòu)可以處理更多的吞吐量以實(shí)現(xiàn)90到100 MIPS；而8位單片機(jī)最大只能達(dá)到大約25到30 MIPS。

3.能耗效率：32位架構(gòu)往往利用新的電路結(jié)構(gòu)和制造工藝，因此，他們必須在較低工作電壓下來(lái)減少晶體管漏電流。如此換來(lái)的是能耗效率處理能力的提高。這就意味著，如果你想設(shè)計(jì)一個(gè)東西一枚硬幣電池就能運(yùn)行幾個(gè)月，那么一個(gè)32位架構(gòu)芯片可能不是最好的選擇。相反，8位系統(tǒng)因采用較大的工藝尺寸而且要在5 V電壓下工作，因此適合噪聲環(huán)境下的應(yīng)用。

4.成本：32位平臺(tái)與8位相比通常貴在功能相似的地方（如內(nèi)存數(shù)量和外圍組件）。盡管一個(gè)成本差別不是那么大了，但它確實(shí)是存在，當(dāng)產(chǎn)品量大了其差距就很明顯了。

5.封裝大小：8位單片機(jī)可以應(yīng)用在一些很小的封裝；有些僅有6針。但微小的封裝使得外部設(shè)備沒有很多I / O可以進(jìn)行處理。

6.開發(fā)易用性：在這里需要您了解自己的應(yīng)用程序。制造商首先傾向于將新的和更高級(jí)的功能添加到他們的32位架構(gòu)。先進(jìn)的機(jī)載設(shè)備，先進(jìn)的I / O功能，并在32位系統(tǒng)上增加內(nèi)存，這樣可以很方便如果應(yīng)用程序需要他們，盡管他們?yōu)榇鷥r(jià)來(lái)編碼簡(jiǎn)單。更高級(jí)的功能可以導(dǎo)致不同的時(shí)鐘速度，需要調(diào)整更多的配置寄存器來(lái)設(shè)置等等。相反，8位系統(tǒng)相對(duì)而言往往是簡(jiǎn)單和容易的代碼。如果您的應(yīng)用程序不需要高級(jí)特性，實(shí)際上可以堅(jiān)持使用一個(gè)8位架構(gòu)。8位和32位架構(gòu)往往利用C語(yǔ)言編譯器，盡管許多開發(fā)人員更喜歡在8位平臺(tái)上使用匯編語(yǔ)言。

32位開源平臺(tái)

過(guò)去十年，隨著流行開源硬件（OSHW）的增增長(zhǎng)，許多平臺(tái)開發(fā)人員選擇了8位架構(gòu)，原因是基于成本以及DIP封裝（許多流行的8位單片機(jī)都使用這個(gè)）變的更加用戶友好。（很多32位架構(gòu)是non-DIP包如表貼封裝（SMD），這意味著要應(yīng)用于機(jī)器。在PCB上手工焊接是非常難的，當(dāng)然更不適合面包板比如PDIP。球柵陣列（BGA）封裝的確是不適合焊接。唉，這些小封裝使老式原型手工焊更難。

不過(guò)，今天的重心是將OSHW只是一個(gè)教育平臺(tái)逐漸變成為一個(gè)原型平臺(tái)甚至消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品平臺(tái)。因此，基于32位系統(tǒng)的計(jì)算和低功耗性能越來(lái)越變成理想的“創(chuàng)客神器”，希望從原型到生產(chǎn)一次搞定。此外，基于32位的芯片系統(tǒng)（SoC）平臺(tái)變得更便宜，集成更實(shí)用的功能（如藍(lán)牙低能量，WiFi和NFC）和變得更容易使用，制造商無(wú)疑將繼續(xù)生產(chǎn)這些低成本開源開發(fā)板。其目的就是簡(jiǎn)單地了解工作和能夠微調(diào)每個(gè)配置寄存器設(shè)置以使性能最大化，大多數(shù)廠商都愿意做這個(gè)事情。

32位硬件平臺(tái)獲得越來(lái)越多的認(rèn)可，許多制造商都提供這類產(chǎn)品包括BeagleBone、德州儀器、意法半導(dǎo)體、Cypress、Arduino等。為了更加簡(jiǎn)單的獲取這些新平臺(tái)，Mouser 開發(fā)了一個(gè)開源硬件，在這里你可以根據(jù)需求選擇適合自己的器件平臺(tái)。

這里列舉一小部分例子：

l 需要安卓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能？查看UDOO Neo。

l 需要一個(gè)SD卡插槽保存數(shù)據(jù)？去用一個(gè) Intel Edison或Galileo。

l 需要64位管腳的數(shù)字I/O？去找下BeagleBone Green。

l 需要獲取更多的I/O？試試STM32 Nucleo。

l 想要培訓(xùn)更高級(jí)開發(fā)給STEM學(xué)生？這些學(xué)生習(xí)慣使用 Arduino ecosystem，那么Arduino 101板也許適合你。

此外還有更多選擇

未來(lái)和今天

毫無(wú)疑問，原來(lái)越多人會(huì)選擇32位嵌入式平臺(tái)的。正因?yàn)槿绱耍麄円惨蟾叩挠?jì)算機(jī)架構(gòu)。雖然他們可能永遠(yuǎn)不會(huì)完全侵占8位MCU市場(chǎng)，但未來(lái)確實(shí)是屬于32位平臺(tái)。不可避免的是，隨著成本下降和更能處理復(fù)雜性需求，“連接所有”將由32位平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)而不是8位平臺(tái)。