32位單片機(jī)的位數(shù)和指令集是關(guān)鍵選擇標(biāo)準(zhǔn)

MCU產(chǎn)品型號(hào)眾多，可以按照位數(shù)、存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、指令集和應(yīng)用領(lǐng)域這四種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類。

按照位數(shù)，通常可將MCU分為4位、8位、16位、32位。位數(shù)越高，運(yùn)算能力越強(qiáng)。

按照存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，MCU可分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。二者的主要區(qū)別為是否將程序指令和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于同一個(gè)存儲(chǔ)器中。

按照指令集，MCU可分為CISC（復(fù)雜指令集架構(gòu)）和RISC（精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)）兩類。

MCU位數(shù)指的是MCU每次處理數(shù)據(jù)的寬度，或者總線及數(shù)據(jù)暫存器的寬度。1971年英特爾研制出世界上第一個(gè)4位MCU Intel 4004，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展以及應(yīng)用場(chǎng)景的多元化，陸續(xù)出現(xiàn)8位、16位、32位單片機(jī)、甚至64位。目前MCU主要應(yīng)用在手機(jī)、PC外圍、遙控器等消費(fèi)電子，步進(jìn)馬達(dá)、機(jī)器手臂控制等工業(yè)控制和汽車電子等領(lǐng)域。

8位單片機(jī)市場(chǎng)地位穩(wěn)固，32位單片機(jī)解決復(fù)雜場(chǎng)景問(wèn)題。據(jù)芯知匯數(shù)據(jù)，2020年中國(guó)通用型MCU市場(chǎng)規(guī)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位單片機(jī)和8位占據(jù)市場(chǎng)主流，且未來(lái)32位單片機(jī)產(chǎn)品占比預(yù)計(jì)仍將不斷提高。MCU的廣泛應(yīng)用源自8位時(shí)代，8位MCU具有功耗低、成本低、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于消費(fèi)、工業(yè)控制、家電和汽車等領(lǐng)域，由于其產(chǎn)品穩(wěn)定性及高性價(jià)比，8位至今仍占據(jù)重要地位。16位產(chǎn)品性能不及32位，性價(jià)比不如8位MCU，所以市場(chǎng)份額有被擠壓的趨勢(shì)。32位單片機(jī)相比16位具有更強(qiáng)的運(yùn)算能力，可以滿足當(dāng)下大多數(shù)嵌入式場(chǎng)景的需求，且目前32位MCU的成本逐漸接近8位MCU，導(dǎo)致32位MCU的市場(chǎng)占比最大。

按照程序指令和數(shù)據(jù)是否位于相同的存儲(chǔ)地址，可將MCU分為馮諾依曼結(jié)構(gòu)和哈佛結(jié)構(gòu)。馮諾依曼結(jié)構(gòu)又稱為普林斯頓結(jié)構(gòu)，將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起，同時(shí)存儲(chǔ)器與中央處理器分開(kāi)。哈佛結(jié)構(gòu)將程序指令和數(shù)據(jù)分開(kāi)存儲(chǔ)，中央處理器首先讀取指令存儲(chǔ)器中的指令，再讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中相應(yīng)的數(shù)據(jù)，程序指令和數(shù)據(jù)指令可以有不同的數(shù)據(jù)寬度，通常具有較高的執(zhí)行效率。

CISC和RISC指令集系統(tǒng)是目前主要的兩種MCU指令系統(tǒng)。CISC（復(fù)雜指令集）的指令格式和指令大小不固定，每條指令按照規(guī)范設(shè)計(jì)為最合適的格式和大小，每條指令執(zhí)行的時(shí)間不一樣，以此來(lái)追求更強(qiáng)的處理能力。RISC（精簡(jiǎn)指令集）的指令長(zhǎng)度是固定的，并且采取流水線的概念，將處理過(guò)程劃分為多個(gè)階段，每個(gè)時(shí)鐘周期可以執(zhí)行一條指令，執(zhí)行部分并行處理。CISC指令能力強(qiáng)，但CPU復(fù)雜度較高，RISC指令較為固定，優(yōu)化了編譯流程。