接近基于微控制器 （MCU） 的嵌入式系統(tǒng)設計項目時，團隊經(jīng)常面臨艱難的選擇，要么堅持使用 8 位或 16 位 MCU 架構，要么選擇更強大的 32 位選項。乍一看，選擇似乎很簡單。傳統(tǒng)上，設計團隊選擇具有最小指令寬度產(chǎn)品類別的 MCU，以處理應用需求。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，有時更高的處理性能實際上可以降低系統(tǒng)功耗。相反，8/16 位處理器通常提供較低的絕對動態(tài)和靜態(tài)功耗。此外，軟件兼容性也被考慮在內(nèi)。讓我們考慮每個類別的 MCU 系列來檢查這些權衡。

　　恩智浦最近將其低端 MCU 工作重點放在 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)絡等傳統(tǒng)的 8/16 位應用中競爭。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。恩智浦在其 LPC1100 系列中提供了 32 位架構，現(xiàn)在有十幾種特定配置可供選擇，而且肯定會推出。

　　德州儀器 （TI） 采取了不同的方法，專注于低端的 MSP430 16 位系列，同時提供多種架構，包括用于高端應用的 32 位 ARM Cortex-M3。TI 已將 MSP430 定位為超低功耗 MCU 系列，并且確實將其營銷工作更多地集中在篡奪 8 位設計勝利上，而不是保護 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 被許可方關于為何 32 位架構是更好選擇的說法相當簡單。兩家公司相信 Cortex-M0 最終會提供卓越的代碼密度和性能，從而最終在系統(tǒng)級也提供更低的成本。

　　代碼大小很重要，因為它會影響托管應用程序所需的內(nèi)存量。傳統(tǒng)上，較短的指令字提供更好的代碼密度，因此應用程序更容易適應 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（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。NXP 指出，即使是 8 位 8051 也使用可以擴展到 24 位的可變長度指令，同樣，16 位 MSP430 也有長達 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單查看指令長度更復雜的比較。例如，Cortex-A0 使用 RISC（精簡指令集計算機）架構，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（復雜指令集計算機）體系結構在每個指令周期中完成的工作比 RISC 體系結構更多。這并不意味著恩智浦的代碼密度聲明一定是錯誤的，但這確實意味著嵌入式設計團隊應該檢查與他們的應用和正在考慮的候選 MCU 相關的代碼密度。

　　性能和功率

　　在性能方面，32 位架構通常具有由處理的數(shù)據(jù)元素的寬度和處理器運行的時鐘速率驅動的優(yōu)勢。對于以高達 50 MHz 的時鐘速度運行的 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 估計典型的 16 位性能為 3 到 5 DMIPS。

　　當然，性能必須相對于功耗來考慮。恩智浦在發(fā)布時表示，該系列在全速時需要不到 10 mA 的驅動電流。然而，許多應用程序不需要 50-MHz 級別的性能。查看 MCU 數(shù)據(jù)表可以發(fā)現(xiàn)，在 12 MHz 時，驅動電流在 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)品系列確實提供了更簡陋的低壓模式范圍，最低為 0.1 μA，同時保留了 RAM 的內(nèi)容。TI 還吹捧 MCU 系列能夠非?？焖俚貜牡凸哪Ｊ街谢謴?，從而消除了與經(jīng)常使用此類模式相關的任何性能損失。

　　在性能和功耗方面，嵌入式團隊在比較 16 位和 32 位選項時面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。恩智浦認為 32 位架構提供的更高性能意味著 MCU 可以在活動模式下花費更少的時間，而在低功耗模式下花費更多時間——有效降低系統(tǒng)級功耗。

　　TI 將反駁 MSP430 系列現(xiàn)在包括可以在 25MHz 時鐘速度下運行的器件這一事實。此外，這兩個產(chǎn)品系列的相對性能比 NXP 讓您相信的更接近。在 EEMBC CoreMark 網(wǎng)站上發(fā)布的基準分數(shù)中，MSP430 條目獲得的分數(shù)范圍為 0.616 至 0.737 CoreMark/MHz，而 NXP1100 條目獲得的分數(shù)范圍為 0.978 至 1.410 CoreMark/MHz。在每個時鐘的基礎上，32 位架構顯然最多是 16 位架構的兩倍。

　　為了做出最佳選擇，設計團隊必須深入了解每個處理器如何處理手頭的應用程序。團隊必須辨別處理應用程序所需的時鐘頻率，并嘗試估計低功耗模式的影響——假設功耗很重要。