把32位微控制器性能帶入工業(yè)和汽車(chē)應(yīng)用

現(xiàn)今的嵌入式工業(yè)及汽車(chē)系統(tǒng)中，有許多是基于8位或16位微控制器架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)的。隨著新的低功耗32位架構(gòu)的面市，這些應(yīng)用有可能獲得更高的性能、準(zhǔn)確度和功效。此外，處理能力的提高也有助于實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的差異性功能，包括先進(jìn)的控制算法，GUI顯示器、語(yǔ)音控制，以及電容式觸摸感測(cè)等下一代接口。

例如，在許多工業(yè)應(yīng)用中，馬達(dá)效率是影響功耗的主要因素之一。利用先進(jìn)的控制算法可以提高馬達(dá)效率，但這些算法又需要更高性能的微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，通信速度也同樣會(huì)影響效率，因?yàn)橥ㄐ潘俣仍礁?，系統(tǒng)就能夠從傳感器收集到更多的信息，同時(shí)更快速地識(shí)別事件并采取相應(yīng)的行動(dòng)。

過(guò)去32位架構(gòu)轉(zhuǎn)換一直受拖延的原因很多，比如微控制器的成本較高，不支持5V I/O等等。而現(xiàn)在，隨著愛(ài)特梅爾推出帶有全浮點(diǎn)單元(floating-point unit,FPU)的工業(yè)級(jí)微控制器——AVR® UC3C 32位微控制器，這些問(wèn)題甚至其他一些設(shè)計(jì)問(wèn)題都已迎刃而解。AVR UC3C整合了外設(shè)事件系統(tǒng)、高精度時(shí)鐘方案和高性能外設(shè)，可提高系統(tǒng)的性能、可靠性和功效。此外，安全Flash、硬件式安全機(jī)制、直接連接模擬傳感器的能力，以及可配置軟件框架等多項(xiàng)功能的集成，可大大加快應(yīng)用的開(kāi)發(fā)進(jìn)程。最后，AVR UC3C專(zhuān)門(mén)針對(duì)工業(yè)及汽車(chē)應(yīng)用的特殊要求進(jìn)行了優(yōu)化，不僅能提供32位處理能力，而且其功耗僅相當(dāng)于8位或16位微控制器的水平。

32位處理性能

32位與8/16位系統(tǒng)的效率差異相當(dāng)大，在16位處理器上，一次普通的32位乘/累加操作需要4次乘法與4次加法運(yùn)算。由于需要訪問(wèn)存儲(chǔ)器以存儲(chǔ)中間結(jié)果或釋放多個(gè)寄存器，執(zhí)行效率會(huì)進(jìn)一步降低，并可能減慢其他操作的速度。因此，在16處理器上，一次32位乘法可能需要20～40個(gè)周期。而32位UC3C處理器只需要單個(gè)周期即可。此外，32位管線較寬，故從存儲(chǔ)器檢索數(shù)據(jù)及指令的速度更快。

集成式FPU的推出也使應(yīng)用開(kāi)發(fā)得以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。當(dāng)一種算法過(guò)于周期密集或需采用定點(diǎn)格式來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)，必須花費(fèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的很大一部分時(shí)間來(lái)尋找能夠簡(jiǎn)化算法、加速計(jì)算的方法。這類(lèi)簡(jiǎn)化常常是以準(zhǔn)確度為代價(jià)的。而利用FPU實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法所需要的工作量較小，動(dòng)態(tài)范圍更寬，并可保持最高的精度。利用32位浮點(diǎn)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜算法，不僅可以提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確度和效率，還能夠大幅度加快開(kāi)發(fā)進(jìn)程。浮點(diǎn)技術(shù)對(duì)廣大范圍內(nèi)的多種應(yīng)用都很有用，包括機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制、馬達(dá)控制和音頻應(yīng)用。

愛(ài)特梅爾AVR® UC3C 32位微控制器指令集是結(jié)合了16位和32位指令的豐富指令集，可以利用C語(yǔ)言編譯器平衡性能與代碼密度。不過(guò)，UC3C微控制器的最大優(yōu)勢(shì)在于它的架構(gòu)針對(duì)嵌入式系統(tǒng)中常見(jiàn)的實(shí)時(shí)事件管理進(jìn)行了優(yōu)化。UC3C微控制器支持廣大范圍的各種高精度外設(shè)和接口，比如嵌入式系統(tǒng)需要的CAN和LIN，并支持整個(gè)工業(yè)溫度范圍的可靠運(yùn)作。AVR UC3C架構(gòu)設(shè)計(jì)是針對(duì)較小化處理延時(shí)以確保實(shí)時(shí)事件處理的，如圖1所示，系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性的微控制器。

圖1表示的是愛(ài)特梅爾AVR UC3C 32位微控制器是一款高性能微控制器，設(shè)計(jì)具有較小處理延時(shí)以確保實(shí)時(shí)事件處理，從而確保系統(tǒng)可靠性和操作人員安全性。

圖1 愛(ài)特梅爾AVR UC3C 32位微控制器設(shè)計(jì)框圖