MCU四大平台，ARM一统江湖？

家园工程
397 阅读4分钟

MCU是Micro Control Unit的缩写，大致可分为四大平台。

MCU四大平台介绍

1. 单片机

优点

  1. 结构简单
    1. 体积小
    2. 价格低
    3. 功耗低
  2. 开发时间段
  3. 有诸多现成接口
    1. I2C、SPI、AD、PWM
  4. 编程方面资源丰富、成熟

缺点

  1. 速度低 - 十几兆到百兆
  2. 接口不够丰富 - 高速的接口缺乏，比如 没有USB OTG、网口、MPI、SATA等

总结

  1. 适合 —— 控制，比如：读外围模拟量，接受信号来控制电机、控制屏幕显示、控制开关等
  2. 不适合
    1. 算法 —— 冯诺依曼结构，吞吐量不够，处理速度慢
    2. 数据传输 —— 没有高速接口
    3. 高速数据处理

2. DSP (Digital Signal Processor)

特点

  1. 实时数字滤波器 - 两个采样点之间对缓存数据进行一次卷积 - 移位乘加运算，这个运算量很大。
    1. 高吞吐量 —— 哈弗结构
    2. 高处理速度
      1. 主频高
      2. 硬件卷积运算 实现硬件支持
        1. 累加器
        2. 硬件乘法器
        3. 桶形移位寄存器

总结

  1. 适合
    1. 处理单路串行的数字信号 - 非数字型号可通过AD把采样成数字信号之后再处理
    2. 运行DSP算法 - 运行各种数字信号处理算法
  2. 不适合 —— 低端控制
    1. 接口不够丰富；
    2. 功耗比单片机高；
    3. 实现比单片机复杂；
    4. 编程方面资源不如单片机丰富。（高端控制除外）

3. ARM

优点

  1. 能装OS —— 并发，线程调度
  2. 接口丰富 —— 以太网、USB、MIPI、SATA，只要OS支持，协议栈支持
  3. 配置灵活 - 芯片设计商根据实际应用场景实现
    1. CPU
    2. 单片机
    3. 专用处理器，比如视频解决方案

缺点

  1. 软件开发门槛更高 - 非arm单片机，没有现成的IDE集成开发环境，虚拟机，交叉
  2. 器件更加复杂
    1. 体积大 - 集成的东西更多
    2. 价格高
    3. 功耗高

总结

  1. 适合
    1. 数据处理
    2. 数据传输
    3. 作为CPU
  2. 不适合 - ？

4. FPGA

  1. 什么是FPGA - 一种现场可编程门阵列，全程Field Programmable Gate Array，就是一个集成元件库，一大堆的离散的硬件的元器件，把它们集成的，按照一定规律的放到一个硅片上的一个器件。
    1. 继承元件库
      1. 导线 - wire
      2. 寄存器 - reg
      3. 乘法器 - 一堆、数量可以很多
      4. 时钟管理器 - PLL、DCM、MMCM
      5. 存储器 - RAM、双口RAM、FIFO
      6. 存储控制器 - DDR2、3、4
      7. 高速串行器 - 把并行信号串行成高速的串行信号 - 实现PCIe、SATA、光纤
      8. CPU
        1. 单片机（软）- Microblaze(TM)
        2. x86（硬） - IBM PowerPC
        3. ARM（硬） - 7系列以后 （Zync）
      9. AD转换器
  2. FPGA开发方法 —— 硬件描述语言HDL——开发套件画电路
    1. 综合 - 把HDL转成原理图
    2. 实现 - 把原理图变成电路图
  3. PGA三大方向
    1. 逻辑开发 - 复杂时序发生，由其自身实现机制决定。
    2. DSP开发 - 雷达 大量并行信号 处理
    3. 嵌入式开发 - ARM + 处理电路

FPGA 缺点

  1. 价格高
  2. 接口不丰富
  3. 开发门槛高，周期长 - 迭代时间长
  4. 外围器件多，PCB设计复杂
  5. 体积大、功耗高

FPGA 优点 - One chip to rule them all

总结

  1. 适合
    1. 并行高速信号处理
    2. 芯片设计前期验证
    3. 不值得流片的高端设计
  2. 不适合 - 低成本 - FPGA 高端应用

5. 总结

典型应用场景

  1. 单片机 - 白色家电
  2. DSP - 实时信号处理应用场景 ，视频直播，自动火炮控制、巡航导弹
  3. ARM - 统揽天下
  4. FPGA - 芯片验证、高端应用

未来发展方向

  1. 单片机 - 精简的ARM
    1. STM32
    2. ESP32
  2. DSP - 加了DSP硬件的ARM
    1. ARM9 - 哈弗结构
    2. TI公司的DSP集成C-M4核
  3. ARM - 加了各种专用电路的ARM（如SOC M1）
  4. FPGA - 带了可编程电路的ARM

基本学习路线

  1. 简单的单片机
    1. ATMEGA328P
    2. STM32系列
    3. ESP32系列
  2. STM32 - +RTOS
    1. FreeRTOS
    2. RT-Thread
  3. ARM处理器 - Linux

结语

各平台融合的趋势已势不可挡，ARM当之无愧的成为了MCU江湖这个时代的主角，光芒万丈。

avatar
文章
阅读
粉丝