32位ARM单片机的优缺点

32位ARM单片机的优缺点,第1张

32位与传统的8位微处理器相比速度更快,性能更强,资源丰富,比如中断、AD、LCD控制器、DMA、存储系统等等。ARM开发一般重点是 *** 作系统和应用程序。缺点就是在低端应用时ARM性价比较低,开发难度也更大,新手入门较困难。

所谓32位微处理器,指的是CPU GPRs(General-Purpose Registers,通用寄存器)的数据宽度为32位,32位指令集就是运行32位数据的指令,也就是说处理器一次可以运行32bit数据。
由于32位数据能够包含的地址有2^32=4294967296=4194304K=4096M=4G,所以说最大寻址空间为4GB,但由于指令代码中不可能只包含内存的地址信息,所以一般来说32bit的处理器能够寻得的地址只有不足4GB。
每个数只能定位一个字节,这样才能确保每个字节都节约下来。如果进程数为500,每个进程占用2字节,那么占用的总内存空间则为2500=1000字节,但如果以4字节作为单位,则占用空间为4(只能以4字节为单位)500=2000字节,这样就会造成大量数据的冗余,不利于内存的有效使用。

作者:西瓜君
来源:知乎
安全是物联网应用的一个痛点为了实现安全,需要一系列的手段,包括安全的通信(secure communication),安全的的执行(TEE),安全的启动(secure boot)TZ属于TEE ARMv8M的TZ-M与以往的TrustZone不同的是,更加简单,取消了专门的monitor mode,系统是否处于安全模式由当前CPU所运行的区域决定,如果CPU运行在Secure区域则是安全态,运行在Non-secure区域则是非安全态, 具体细节可以看ARM的白皮书。
从SoC的角度来看,除了CPU外,还需要其他部件的配合,总线啊,安全外设,对DMA的处理啊等等。
从应用上看,三表(水电气),智慧城市,汽车电子,U盾,工业自动化等等,都有很大的应用空间。对于普通用户而言,是很难感觉得到变化的。
没有TZ的话,也可以做安全设计,那就是基于MPU和USER/Kernel模式来实现,ARM Mbed中uVisor就是一个这样安全运行时。
对嵌入式系统而言,原有的设计大部分是运行在Kernel模式下的,要改成基于MPU和User/Kernel的安全设计,还是要大动干戈的。有了TZ-M, 则可以比较方便的应用安全设计,只需要重新设计安全部分以及更改非安全部分的一些接口就可以了。
在硬件实现上,TZ并不会增加许多芯片面积。相反可能会简化应用设计,如需要两个独立芯片(一个安全,一个非安全的),可以用一个支持TZ-M的芯片代替。
除了ARM的TrustZone-M外,其他厂家也有相应的安全解决方案,如Synopys的DesignWare ARC SecureShield, MIPS的MIPS-VZ

一、产品不同

1、ARM:是英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器。

2、STM32:专为要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计的ARMCortex_-M0,M0,M3,M4和M7内核。

二、特点不同

1、ARM:ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能,和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。

2、STM32:ARM32位Cortex-M3CPU,最高工作频率72MHz,125DMIPS/MHz。单周期乘法和硬件除法。

三、优势不同

1、ARM:体积小、低功耗、低成本、高性能;支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集,能很好的兼容8位/16位器件;大量使用寄存器,指令执行速度更快。

2、STM32:集成嵌入式Flash和SRAM存储器的ARMCortex-M3内核。和8/16位设备相比,ARMCortex-M332位RISC处理器提供了更高的代码效率。STM32F103xx微控制器带有一个嵌入式的ARM核,所以可以兼容所有的ARM工具和软件。

芯片的架构就好比建房子的框架结构,框架是设计房子的关键,造芯片也是类似的道理,设计前就要先选择好架构。目前除了ARM架构,还有X86、RISC-V和MIPS。
四大架构的基本介绍与特点
1、X86主要使用在PC端的CPU,1978年发明,目前是英特尔公司运营,主要应用在Inter、AMD的CPU,它的特点是性能高、速度快、兼容性好。

2、ARM架构是32位指令集,由英国Acorn公司1983年发明,它的特点是成本低、功耗低,被苹果、三星、华为、高通等客户广泛应用在移动通讯和嵌入式系统中。

3、RISC-V架构是开源的指令集,起步比较晚,由RISC-V基金会在2014年发明。它的特点是模块化、简化、可扩展,可以根据场景设计合适的指令集,使用者有三星、英伟达、西部数据等,用在工控,电器,服务器,传感器等产品的CPU。

4、MIPS架构是精简指令集,1971年MIPS公司发明,特点是简洁、优化方便、高扩展性,主要代表的产品是龙芯。
ARM架构在芯片市场占95%的份额,已经形成了完整的生态链
ARM公司在移动芯片市场有95%的份额,通过授权赚取专利费,去年的营收达到16亿美元。采用ARM架构必须授权才可以,目前全球设计的芯片都是按ARM公司的方案,开发的软件也是按照这个方案来设计,所以各种各样的手机都不会有兼容性的问题,经过好多年的积累,已经形成了一套完整的架构体系。
除了ARM架构,还在开发的RISC-V架构有望可以发起挑战,但有很大的难度
除了ARM架构,目前还在开发的RISC-V架构有望展开竞争。因为ARM授权费不断上涨,印度政府大力协助开发RISC-V,我国也在上海将其列入研究的对象,中科院在内的160多家企业加入到科研中。这个开源的指令集受到大家的关注,令ARM公司感到了很大压力。ARM是封闭的指令集,不能随意进行更改,架构不够灵活,而开源的RISC-V设计者可以根据不同的需求自由定制,更改指令集。RISC-V架构是后起之秀,目前还在开发阶段没有正式投入使用,无法建立完善的生态圈,缺乏大型公司的支持,要想与ARM竞争,还有很长的路要走。
目前,常用的处理器架构有ARM、x86、MIPS、RISC-V等,按照指令集分为CISC和RISC两种。不同的架构应用场合不同,下文具体说一说。
1、x86架构
我们使用的电脑以及公司的服务器,大部分采用了x86架构的处理器,以intel和AMD的处理器为主。

x86架构的处理器采用了CISC指令集 (复杂指令集计算机),x86架构的CPU分为x86和x86-64两类,目前主流的是x86-64,即64位的处理器。
2、ARM架构
我们的手机几乎全部使用了ARM架构,采用了RISC指令集(精简指令集) ,ARM的优势在于低功耗,因此非常适合手机等终端使用,x86架构的处理器无法解决低功耗的问题,所以移动终端很少使用x86架构的处理器。
华为麒麟处理器、苹果的A系列处理器、高通骁龙处理器无一例外的采用了ARM架构,此外大部分的工控系统、智能家居的控制系统、家庭的机顶盒等也采用了ARM架构。
随着美国“禁售令”的影响,ARM中断了与华为的业务往来,ARM这家公司走进了人们的视野,ARM公司成立于1991年,是一家英国的公司,后来被日本软银收购。ARM公司只出售IP(技术知识产权),不设计和制造自己的芯片,位于ARM架构的最顶端。 如果ARM不再给华为授权,那么华为的麒麟处理器、凌霄处理器等均会受到一定的影响,无法使用最新的架构。
3、MIPS架构
MIPS架构同样是一种RISC(精简指令集)的处理器架构,1981年由MIPS 科技 公司开发并授权,广泛用于电子产品、网络设备、个人 娱乐 设备等。比如家庭使用的无线路由器如果是MTK芯片,那么大部分是MIPS架构的处理器。
这里说一下我国自主的“龙芯”处理器,中科院计算所购买了MIPS的永久性结构授权,兼容MIPS架构的处理器,也就是可以贴上“兼容MIPS指令集”的商标,所有核心的架构都是自己研发的。
4、RISC-V架构
RISC-V架构是基于精简指令集(RISC)的开源架构,可以自由地用于任何目的,允许任何容人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,并不需要ARM、MIPS那样需要经过授权,受到各种使用的限制。
相比x86、arm架构,RISC-V比较“年轻”,RISC-V诞生于2010年,由加州大学伯克莱分校发布。
RISC-V架构可以说是解决国产民用处理器困局的终极方案。从长远利益来看,基于各种x86、arm等架构的处理器属于“假自主”,仍然受到intel、arm等授权的限制,比如最近由于“禁售令”影响,arm中断与华为的业务往来,停止相关授权服务,长远来看,对华为的麒麟处理器可能会造成比较大的影响。
目前,国内很多厂商参与了RISC-V生态系统,建立了RISC-V产业联盟,包括了原微电子、紫光展锐、安徽华米等,去年小米发布了基于RISC-V指令集的可穿戴芯片黄山1号。RISC-V是ARM架构最大的威胁,前景虽好,但是毕竟还在起步阶段,随着技术的迭代,相信一定会推动RISC-V建立强大的生态系统。
以上就是目前常见的CPU架构,x86是PC和服务器的主流,ARM是移动设备的主流,RISC-V可能是未来的主流。

每一种构架都有在自己的行业里有很大的优势,ARM主要就是在移动终端,最大的就是手机行业。

现在世界上芯片构架技术比较好的有四种,也是主流的构架技术,分别是X86、ARM、RiSC-V和MIPS,而手机行业主要的就是ARM公司。
ARM
ARM架构是一个32位精简指令集处理器架构,其广泛地使用在许多嵌入式系统设计。它主要从事低费用、低功耗、高性能芯片研发,所以ARM处理器非常适用于移动通讯领域,所以全世界99%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。ARM家族占了所有32位嵌入式处理器75%的比例,使它成为占全世界最多数的32位架构之一。ARM主要是面向移动、低功耗领域,因此在设计上更偏重节能、能效方面。

在智能手机、智能电视、可穿戴设备、移动基站、企业服务器、医疗器械、智能驾驶以及物联网等其他 科技 领域基本上都适用ARM架构。从 *** 作系统到上层应用软件都是基于arm架构开发的,所以它在移动设备上基本上形成了一个完整的产业链。现在很多的CPU都是基于ARM Cortex A5、A8、A9,A15微架构的。

在手机芯片设计领域,就拿华为来说。华为设计芯片通常先从ARM取得芯片设计构架然后再进行设计,设计完成之后再最终交给台积电进行代工,这才是一个完整芯品的设计流程。就像建造一栋房子,先有基本的构架,然后才有设计师的设计,制造。而且不止华为,例如苹果,三星,英特尔都是基于ARM构架的。
X85
X86主要面对的是计算机行业的。它是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。1978年6月8日,x86架构诞生。它的CPU基本上是1G以上、双核、四核大行其道,通常使用45nm甚至更高级制程的工艺进行生产。X86结构的电脑采用“桥”的方式与扩展设备进行连接,所以可以使电脑更容易进行性能拓展。

它在近三十年基本上垄断了个人电脑的 *** 作系统行业,同时也拥有着大量的用户。它有着成熟用户应用、软件配套、软件开发工具的配套及兼容等工作,还有许多第三方软件和软件编程工具来帮助用户去使用。

RISC-V

RiSC-V架构是基于精简指令集计算原理建立的开放指令集架构,它在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。这种指令集不会垄断或者盈利,它架构简单,完全开源,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。它可以根据需要,来设计基于它的一些处理器,例如服务器CPU,家用电器cpu,工控cpu和总在传感器中的CPU。

MIPS
MIPS架构是一种采取精简指令集的处理器架构,1981年被开发出来。可以说它是RISC的一个小的分支,但是又不同于RISC。毕竟RISC是开源的,MIPS是在它的基础上发展的比较好,比较成功的。

基于MIPS的MCU的应用涉及了很多的行业之中,在工业、办公自动化、 汽车 、消费电子系统和先进技术中都有很大的应用。
在2007年8月16日,MIPS 科技 宣布,中科院计算机研究所的龙芯中央处理器获得其处理器IP的全部专利和总线、指令集授权。
如果有什么自己的想法和意见,请在下方评论中指出,谢谢观看。

真心说CPU架构及微指令集不是十分的难,但是难的是要搞出对应的开发工具性软件否则没用,国内没有公司开发过这类工具性软件,说大家不爱听的话,如果国外全面封锁工具性软件,不要说集成电路产业,就算是机械加工,都没法过日子了,所有的图纸设计软件都是用的国外的,国内没有一家公司在搞,全是拿别人的。

提问的还忘了alpha(已经作古多年的DEC留下的顶尖处理器遗产,当年远远优于x86),中国申威处理器。

16核用于桌面和服务器,260众核((64+1)4)用于超算,该架构不仅数值计算能力强大(太湖之光),还有着无与伦比的单位算力的低功耗。

IBM的PP和MIPS都具有嵌入式应用的强大优势,而手机AP就是典型的嵌入式应用。

在媒体报道ARM mini China将在中国大陆IPO后,有网络舆论就把这件事和美国伯克利研究团队开发RlSC-V,并吸引了IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为等100多家科技公司加入RISC-V阵营的事情联系起来。并认为美国推广RlSC-V是为了打倒ARM,进而实现控制全球CPU的阴谋。

其实,RlSC-V就是一个学术性质的开源CPU,全球100多家科技公司加入RlSC-V阵营,更多是基于商业利益上的考量,和“阴谋论”、“大棋党”完全扯不上关系。RlSC-V给中国最大的启示,则是自建独立于Wintel、AA的技术体系没有那么难。RISC-V读作RISC Five,意思是第五代精简指令处理器。取这个名字只是因为美国伯克利研究团队的David Patterson教授在此之前已经研制了四代精简指令处理器芯片。

RISC-V并非国家意志的产物,仅仅是加州大学伯克利分校的一项课题研究产物。在2010年,伯克利研究团队要设计一款CPU,然而,英特尔对X86的授权卡的很死,ARM的指令集授权又非常贵,而且ARM 32的授权卡的也非常严,好像只有苹果、高通等4家公司获得了授权。像国内华为、展讯等公司仅获得了ARM 64授权。

由于在2010年,MIPS当时还没被Imagination收购,SPARC还没有被甲骨文放弃,IBM也还没有搞Open Power。这样一来,伯克利的研究团队的选择仅限于DEC那个已经销声匿迹的Alhpa、惠普自己都放弃了的PA-RISC,以及连英特尔都推不动的安腾……在这种情况下,伯克利的研究团队非常有魄力,决定从零开始设计一套全新的指令集。


欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出

原文地址: http://outofmemory.cn/dianzi/10567957.html

(0)
打赏 微信扫一扫 微信扫一扫 支付宝扫一扫 支付宝扫一扫
上一篇 2023-05-09
下一篇 2023-05-09

发表评论

登录后才能评论

评论列表(0条)

保存