Microsoft Word - Atmel-45136A-Pick-Best-Microcontroller-Strom-Eiland-Flodell_Article_CS

如 何 为 您 的 下 一 款 设 计 选 出 最 好 的 8 位 或 32 位 微 控 制 器 作 者 : Atmel 产 品 营 销 高 级 总 监 Oyvind Strom Atmel 产 品 营 销 总 监 Andreas Eieland Atmel 研 发 工 具 部 门 高 级 产 品 营 销 经 理 Henrik Flodell 不 久 之 前, 嵌 入 式 系 统 还 是 既 昂 贵 又 复 杂, 大 大 限 制 了 其 在 火 箭 控 制 系 统 等 复 杂 领 域 的 应 用 现 在, 低 成 本 的 嵌 入 式 微 控 制 器 (MCU) 似 乎 随 处 可 见 从 您 手 腕 上 的 健 康 监 视 器 到 您 使 用 智 能 手 机 控 制 的 遥 控 装 置 除 了 数 量 快 速 增 长 的 消 费 电 子 产 品, 工 业 应 用, 例 如 汽 车 控 制 系 统 和 全 新 的 智 能 连 接 设 备 ( 如 智 能 电 表 ), 也 依 赖 着 嵌 入 式 软 件 和 MCU 实 际 上, 虽 然 每 年 有 60 亿 新 微 处 理 器 投 入 使 用, 但 仅 有 1 亿 设 备 ( 低 于 2%) 用 在 了 通 用 计 算 机 中 其 余 的 微 处 理 器 就 出 现 在 了 厨 房 ( 面 包 机 食 品 加 工 机 和 微 波 炉 ) 客 厅 ( 电 视 立 体 声 系 统 和 遥 控 ) 和 工 作 场 所 ( 传 真 机 传 呼 机 激 光 打 印 机 现 金 出 纳 机 信 用 卡 读 卡 器 ) 至 少 一 项 研 究 表 明, 这 一 巨 大 且 日 益 增 长 的 嵌 入 式 系 统 市 场 将 在 2018 年 达 到 1,942.7 亿 美 元

除 了 低 成 本 外, 今 日 MCU 的 低 功 耗 和 高 效 率 也 促 成 了 嵌 入 式 系 统 市 场 的 成 功 这 些 优 势 不 但 帮 助 应 用 工 程 师 创 造 类 型 新 颖 的 电 池 供 电 应 用, 还 可 以 为 产 品 增 加 功 能 例 如 电 容 式 触 摸 界 面 或 者 无 线 连 接 在 嵌 入 式 系 统 行 业 发 展 早 期,Atmel 就 意 识 到 终 有 一 日 MCU 将 无 处 不 在 因 此, 公 司 投 入 了 大 量 研 发 资 源, 以 求 提 升 嵌 入 式 处 理 技 术 先 拔 头 筹 促 使 Atmel 成 为 了 全 球 微 控 制 器 制 造 商 中 的 领 军 人 物 之 一 Atmel 为 进 一 步 扩 大 新 物 联 网 设 备 的 使 用 投 入 了 大 量 精 力, 因 此 也 就 占 据 了 早 期 物 联 网 市 场 的 主 导 地 位 对 该 领 域 的 专 注 大 大 改 善 了 Atmel AVR 和 Atmel ǀ 基 于 SMART ARM 的 MCU 体 系 结 构 从 最 简 单 的 车 库 门 控 应 用 到 稳 定 安 全 的 车 载 汽 车 系 统,Atmel 丰 富 的 MCU 产 品 系 列 为 所 有 应 用 都 提 供 了 无 数 选 择, 无 论 它 是 8 位 还 是 32 位 这 些 MCU 具 有 业 内 领 先 的 性 能 和 功 耗 效 率 设 备 不 但 可 以 兼 容 使 用, 还 可 以 通 过 Atmel 与 第 三 方 技 术 的 生 态 系 统 实 现 无 缝 连 接 Atmel Studio 是 可 以 和 所 有 Atmel 8 位 和 32 位 体 系 结 构 无 缝 连 接 的 免 费 一 体 式 开 发 环 境 (IDE), 它 将 整 个 产 品 系 列 都 涵 盖 在 内 例 如, 设 计 师 可 以 给 当 前 设 计 轻 松 添 加 无 线 连 接, 或 者 对 此 进 行 规 划, 以 便 在 未 来 重 复 使 用 其 设 计 或 者, 他 们 可 以 利 用 嵌 入 式 或 外 部 CryptoAuthentication 技 术 保 证 设 计 满 足 日 益 提 高 的 安 全 需 求 除 了 Atmel Studio 等 免 费 工 具,Atmel 有 广 泛 的 商 业 合 作 伙 伴 生 态 系 统, 可 以 提 供 受 到 专 业 支 持 的 开 发 调 试 工 具 RTOS 和 中 介 软 件 解 决 方 案 以 及 设 计 服 务 使 用 此 范 围 广 泛 的 商 业 开 发 工 具, 及 其 专 业 支 持 渠 道, 加 上 有 保 障 的 响 应 时 间, 可 以 显 著 降 低 上 市 时 间 8 位 创 新 在 计 算 并 不 密 集 的 应 用 中,8 位 MCU 具 有 极 高 的 性 能 和 处 理 功 耗 效 率, 因 此 在 几 乎 所 有 行 业 的 设 计 中, 它 们 一 直 以 来 都 得 到 了 广 泛 应 用 据 IC Insights 报 道, 截 止 2017 年,8 位 MCU 将 在 处 理 器 市 场 中 占 据 28% 的 份 额 Atmel AVR 技 术 是 业 内 领 先 的 8 位 体 系 结 构 之 一 该 体 系 结 构 采 用 业 界 代 码 效 率 最 高 的 适 合 C 语 言 和 汇 编 语 言 编 程 的 体 系 结 构, 并 经 过 优 化 处 理, 可 以 减 少 产 品 的 面 市 时 间 其 他 任 何 8 位 MCU 都 无 法 在 具 备 更 佳 功 耗 效 率 的 同 时 提 供 如 此 高 的 计 算 性 能 实 际 上,AVR 设 备 的 性 能 已 经 接 近 每 MHz 100 万 条 指 令 (1 MIPS) 2

AVR 体 系 结 构 已 经 成 为 了 使 用 方 便 使 用 的 代 名 词,AVR 设 备 也 已 成 为 渴 望 学 习 计 算 机 体 系 结 构 和 嵌 入 式 编 程 的 学 生 和 爱 好 者 最 具 吸 引 力 的 选 择 AVR 处 理 器 核 心 是 首 批 将 芯 片 上 闪 存 用 作 程 序 内 存 存 储 的 MCU 之 一 此 外,AVR 体 系 结 构 还 可 以 进 行 系 统 内 重 新 编 程 自 从 1997 年 引 入 AVR 以 来, 其 使 用 方 便 的 特 性 已 经 促 使 其 成 为 了 各 类 应 用 的 首 选 处 理 引 擎 它 也 在 全 球 各 大 学 和 制 造 商 主 导 的 无 数 嵌 入 式 项 目 中 得 到 了 使 用 在 知 名 的 Arduino 开 源 开 发 平 台 上 使 用 AVR, 则 进 一 步 证 明 了 此 体 系 结 构 的 成 功 和 使 用 的 方 便 程 度 使 用 了 Atmel AVR 设 备 的 众 筹 项 目 取 得 成 功 的 数 目 也 在 日 益 增 长 除 了 通 用 MCU,Atmel 还 提 供 了 大 量 针 对 特 定 应 用 的 设 备, 其 基 于 AVR, 适 于 应 用 在 照 明 智 能 电 池 工 业 和 汽 车 领 域 大 量 快 速 增 长 的 应 用 领 域 都 采 用 无 线 方 式 实 际 上, 对 于 尺 寸 和 带 宽 各 不 相 同 的 Atmel MCU 而 言,RF 正 在 迅 速 成 为 Atmel 的 标 准 外 围 设 备 您 有 许 多 选 择 Atmel AVR 设 备 的 理 由, 但 其 中 一 定 有 一 条 是 因 为 它 不 但 使 用 极 为 方 便, 而 且 功 耗 最 低 凭 借 富 有 代 码 效 率 的 设 计 和 单 循 环 执 行, 它 们 还 可 以 提 供 比 类 似 8 位 产 品 更 好 的 处 理 性 能 请 注 意,AVR 体 系 结 构 中 设 置 的 代 码 从 一 开 始 就 已 经 针 对 C 代 码 和 汇 编 语 言 进 行 了 优 化, 这 一 点 很 重 要 这 一 部 分 是 因 为,AVR 设 计 是 在 C 语 言 作 为 嵌 入 式 开 发 实 际 上 的 标 准 语 言 出 现 之 后 发 明 的 实 际 上, 最 初 AVR 的 创 造 者 与 IAR Systems 一 家 业 内 领 先 的 瑞 典 C 和 C++ 编 译 器 调 试 器 制 造 商 的 编 译 器 编 制 员 密 切 合 作, 以 便 确 保 指 令 组 可 以 保 证 高 水 平 语 言 的 汇 编 具 有 更 高 效 率 这 一 合 作 对 于 C 语 言 指 令 的 优 化 至 关 重 要, 它 赋 予 了 用 户 在 两 个 位 置 编 写 指 令 的 能 力, 从 而 能 够 进 行 提 取 的 单 循 环 执 行 ( 包 括 执 行 文 件 和 数 据, 执 行 和 写 回 ) Atmel 凭 借 不 断 的 创 新 和 细 化 继 续 完 善 AVR 产 品 组 合 例 如, 业 内 领 先 的 AVR 设 备 能 够 具 备 低 功 耗, 不 但 有 高 效 体 系 结 构 设 计 的 缘 故, 还 有 某 些 特 性 的 原 因, 例 如 独 特 的 Atmel 事 件 系 统, 它 可 以 让 外 围 设 备 彼 此 直 接 通 信, 而 不 使 用 CPU 或 者 总 线 资 源 行 业 生 态 系 统 培 养 出 的 同 类 最 佳 的 32 位 MCU 由 于 消 费 产 品 和 工 业 应 用 越 来 越 复 杂, 因 此 也 引 入 了 越 来 越 多 的 先 进 特 性, 例 如 触 摸 界 面 和 无 线 连 接, 所 以 对 性 能 和 扩 展 性 的 需 求 正 在 逐 渐 增 长 对 于 水 位 传 感 器 这 类 简 单 应 用,8 位 MCU 可 能 兼 具 成 本 效 益 和 性 能 优 势 然 而, 当 您 碰 到 通 过 云 应 用 链 接 的 多 个 水 位 传 感 器 时, 设 计 将 更 加 复 杂 连 接 至 Internet 将 要 求 设 备 具 备 运 行 TCIP 堆 栈 的 马 力 TCIP 是 一 项 复 杂 的 协 议, 要 求 有 RAM 缓 冲, 这 表 明 闪 存 内 存 和 RAM 应 该 更 大, 安 全 性 应 该 更 高, 以 便 加 密 网 络 的 数 据 流 量 例 如, 许 多 设 计 都 希 望 有 电 容 触 摸 界 面, 这 就 要 求 有 更 高 的 处 理 功 耗 3

在 这 种 情 况 下, 就 必 须 使 用 32 位 处 理 器 体 系 结 构, 例 如 ARM Cortex 处 理 器 系 列 有 时, 设 计 师 在 彻 底 耗 尽 8 位 体 系 结 构 的 功 耗 之 前 就 想 早 一 步 使 用 32 位 体 系 结 构, 以 免 产 品 过 时 这 样 做 的 主 要 原 因 是, 一 些 制 造 商 的 8 位 代 码 在 设 计 使 用 32 位 时 无 法 再 次 使 用 Atmel 基 于 SMART ARM 的 MCU 将 业 内 领 先 的 性 能 和 功 耗 效 率 融 于 一 身, 以 数 十 年 来 积 累 的 创 新 技 术 和 业 内 首 创 技 术 ( 包 括 首 个 芯 片 上 的 闪 存 内 存 ) 为 基 础 搭 建 它 们 在 32 位 MCU 中 提 供 8 位 MCU 一 般 的 方 便 程 度, 从 入 门 级 设 备 到 高 度 整 合 的, 基 于 闪 存 的 产 品 ( 具 有 广 泛 的 连 接 性 ), 应 有 尽 有, 还 改 善 了 界 面, 提 高 了 安 全 性 Atmel 这 些 基 于 ARM 的 先 进 MCU 设 计 用 于 优 化 系 统 控 制 和 用 户 界 面 管 理 在 需 要 更 高 处 理 能 力 的 设 计 领 域, 这 些 芯 片 比 8 位 MCU 的 性 能 高 出 十 倍 还 不 止 而 且, 这 些 32 位 芯 片 具 有 极 低 的 功 耗 实 际 上, 这 些 超 低 功 耗 Atmel SMART SAM L21 是 全 球 功 耗 最 低 的 32 位 ARM MCU 如 此 低 的 功 耗 在 当 今 应 用 领 域 中 意 味 着 什 么? 例 如, 物 联 网 行 业 中, 有 基 本 触 摸 功 能 或 传 感 器 的 可 穿 戴 设 备 内, 设 备 使 用 一 块 电 池 可 以 运 行 十 二 年 以 上 SAM L21 的 功 耗 不 到 其 他 具 有 竞 争 性 解 决 方 案 的 三 分 之 一, 活 动 状 态 下 的 运 行 功 耗 可 以 低 至 35uA/MHz, 并 在 以 940nA 运 行 实 时 时 钟 的 同 时 保 持 32kB 的 闪 存 它 可 以 在 活 动 模 式 下 实 现 这 一 超 低 功 耗, 而 且 不 限 制 闪 存 或 SRAM 的 大 小 因 此 对 于 物 联 网 健 康 追 踪 带 智 能 计 量 人 机 界 面 设 备 和 其 他 需 要 大 量 嵌 入 式 内 存 的 电 池 供 电 应 用, 它 无 疑 是 理 想 之 选 要 卸 载 CPU 计 算 密 集 的 任 务, 例 如 电 容 触 摸 传 感, 可 以 将 载 荷 分 配 给 更 加 智 能 的 独 立 外 围 设 备 为 了 进 一 步 简 化 程 序 流 和 降 低 功 耗, 可 以 将 这 些 外 围 设 备 与 事 件 和 梦 游 系 统 互 连, 以 便 在 不 使 用 CPU 的 同 时 运 行 设 备 就 像 Atmel AVR 体 系 结 构 一 样,ARM 体 系 结 构 以 精 简 指 令 集 计 算 (RISC) 体 系 结 构 为 基 础, 与 MIPS 等 旧 有 体 系 结 构 相 比, 它 可 以 显 著 减 少 晶 体 管 数 量 它 具 有 一 系 列 优 势, 例 如 程 序 更 小, 软 件 开 发 时 间 更 快 此 外,Atmel 已 经 使 用 SERCOM 模 块 等 独 有 创 新 技 术 完 善 了 基 于 ARM 的 产 品, 该 模 块 基 本 上 可 以 让 设 计 师 混 合 和 匹 配 最 多 五 个 USART 这 一 特 性 不 但 可 以 降 低 BOM 成 本, 还 可 以 提 高 布 局 的 灵 活 性 Atmel ǀ 基 于 SMART ARM 的 MCU 具 有 兼 容 性, 可 以 扩 展 节 省 能 耗, 且 使 用 方 便 对 于 Atmel 客 户 而 言, 另 一 个 重 要 优 势 就 是 更 好 的 软 件 复 用 性, 它 可 以 在 Atmel SMART 产 品 系 列 中 轻 松 地 上 行 和 下 行, 从 8 位 Atmel AVR MCU 轻 松 迁 移 到 Atmel SMART 产 品 系 列 中 的 32 位 设 备 上, 例 如 SAM D21 基 于 Cortex-M0+- 的 微 控 制 器 4

以 ARM 为 核 心 的 动 态 技 术 环 境 是 其 另 一 重 要 优 势 在 ipad Android 和 Windows RT 等 智 能 手 机 或 平 板 电 脑 中 使 用 ARM 体 系 结 构 的 处 理 器 可 以 转 化 为 一 种 竞 争 优 势 它 可 以 推 动 快 速 创 新, 建 立 非 常 稳 定 的 用 户 群 体, 获 得 支 持 这 些 系 统 的 一 流 技 术 合 作 伙 伴 Atmel SMART MCU 也 受 到 世 界 一 流 的 生 态 系 统 的 支 持, 这 个 生 态 系 统 中 有 范 围 广 泛 的 合 作 伙 伴 各 类 工 具 和 软 件, 包 括 免 费 的 Atmel Studio 这 意 味 着 设 计 师 不 需 要 依 赖 第 三 方 供 应 商 产 品 系 列 可 以 根 据 客 户 需 求 提 供 不 同 的 模 型, 从 入 门 级 别 的 设 备 ( 例 如 SAM D10) 到 其 他 功 能 齐 全 的 MCU( 例 如 SAM D21) 此 外, 这 些 设 备 都 使 用 了 相 同 的 工 具 链 体 系 结 构 和 代 码, 这 样 就 可 以 在 产 品 系 列 中 上 行 或 下 行, 复 用 代 码 最 后, 这 些 设 备 有 多 个 封 装 选 项, 包 括 全 球 最 小 的 晶 圆 级 镜 片 尺 寸 封 装 (WLCSP) 此 外,.454 mm 的 颗 粒 间 隔 赋 予 移 动 设 备 和 可 穿 戴 设 备 显 著 的 高 度 优 势 此 外, 独 特 的 无 盖 封 装 设 计 使 I/O 管 脚 数 量 达 到 最 大, 这 是 因 为 IDO 调 节 器 和 复 位 管 脚 可 以 重 置, 从 而 作 为 I/O 管 脚 运 行 结 论 Atmel 提 供 全 套 MCU 产 品, 这 些 产 品 使 用 方 便, 功 耗 低, 且 整 合 程 度 极 高 这 些 8 位 和 32 位 设 备 采 用 了 各 类 经 过 验 证 的 技 术 和 具 有 开 创 性 的 创 新 技 术, 是 新 一 代 智 能 安 全 连 接 产 品 的 理 想 之 选 此 产 品 系 列 中 的 MCU 种 类 繁 多, 这 也 是 全 球 30 多 万 位 设 计 师 使 用 Atmel 设 备 进 行 设 计 的 原 因 之 一 他 们 可 以 找 到 功 耗 效 率 和 成 本 组 合 正 合 心 意 的 产 品 此 外, 改 善 产 品, 扩 大 产 品 线, 或 者 进 军 新 市 场 时, 庞 大 且 具 有 代 码 兼 容 性 的 Atmel 产 品 系 列 也 可 以 让 设 计 师 轻 松 地 重 新 使 用 自 己 的 知 识, 从 而 提 高 成 本 效 益 除 了 与 8 位 或 32 位 设 备 兼 容 的 免 费 IDE 先 不 提 低 成 本 的 调 试 器 和 套 件 Atmel 产 品 不 但 使 用 方 便, 而 且 可 以 缩 短 投 入 市 场 的 时 间, 堪 称 新 一 代 基 准 产 品 5

Atmel Corporation 1600 Technology Drive, San Jose, CA 95110 USA T: (+1)(408) 441.0311 F: (+1)(408) 436.4200 www.atmel.com 2015 Atmel Corporation. / Rev.: Atmel-45136A-Pick-Best-Microcontroller-Strom-Eiland-Flodell_Article_CS_042715 Atmel, Atmel logo and combinations thereof, Enabling Unlimited Possibilities, and others are registered trademarks or trademarks of Atmel Corporation or its subsidiaries. ARM, ARM Connected logo and others are the registered trademarks or trademarks of ARM Ltd. Other terms and product names may be the trademarks of others. Disclaimer: The information in this document is provided in connection with Atmel products. No license, express or implied, by estoppel or otherwise, to any intellectual property right is granted by this document or in connection with the sale of Atmel products. EXCEPT AS SET FORTH IN THE ATMEL TERMS AND CONDITIONS OF SALES LOCATED ON THE ATMEL WEBSITE, ATMEL ASSUMES NO LIABILITY WHATSOEVER AND DISCLAIMS ANY EXPRESS, IMPLIED OR STATUTORY WARRANTY RELATING TO ITS PRODUCTS INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTY OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE, OR NON-INFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL ATMEL BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, CONSEQUENTIAL, PUNITIVE, SPECIAL OR INCIDENTAL DAMAGES (INCLUDING, WITHOUT LIMITATION, DAMAGES FOR LOSS AND PROFITS, BUSINESS INTERRUPTION, OR LOSS OF INFORMATION) ARISING OUT OF THE USE OR INABILITY TO USE THIS DOCUMENT, EVEN IF ATMEL HAS BEEN ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGES. Atmel makes no representations or warranties with respect to the accuracy or completeness of the contents of this document and reserves the right to make changes to specifications and products descriptions at any time without notice. Atmel does not make any commitment to update the information contained herein. Unless specifically provided otherwise, Atmel products are not suitable for, and shall not be used in, automotive applications. Atmel products are not intended, authorized, or warranted for use as components in applications intended to support or sustain life. 6