Что такое 32-битный микроконтроллер?

Что такое 32-битный микроконтроллер?

32-битный микроконтроллер — это микроконтроллер с максимальной разрядностью кода инструкции 32 бита и разрядностью бита данных от 4 до 32 бит.

Микроконтроллеры изготавливаются в виде полупроводниковых чипов, и в дополнение к 32-битным микроконтроллерам существуют 4-битные, 8-битные и 16-битные микроконтроллеры. 32-битные микроконтроллеры находятся на самом высоком уровне и обладают чрезвычайно высокой вычислительной мощностью.

Применение 32-битных микроконтроллеров

Как видно из различных бытовых приборов, которые маркируются как «оборудованные микроконтроллером», микроконтроллеры используются в широком спектре современных электротехнических изделий, включая те, которые используются в промышленных приложениях. Светодиодные дисплеи, которые отображают рабочие состояния, обычно используют 4-битные микроконтроллеры, в то время как 8-битные микроконтроллеры используются для управления бытовой техникой, а 16-битные микроконтроллеры используются в продуктах дистанционного управления, в зависимости от требуемой производительности.

32-битный микроконтроллер, обладающий наивысшим уровнем производительности обработки, используется в ситуациях, когда большие объемы данных обрабатываются на высокой скорости или сложная обработка выполняется на высокой скорости, например, обработка изображений для телевизоров и DVD, передача данных в коммуникационном оборудовании, управление двигателем и вождением в автомобилях, а также распознавание изображений и управление движением в роботах.

Принцип работы 32-битных микроконтроллеров

Большинство 32-битных микроконтроллеров оснащены не только стандартными периферийными схемами, но и специализированными схемами обработки для конкретных приложений, поскольку требуется сложная и высокоскоростная обработка.

Например, приложения, связанные с обработкой изображений, такие как ТВ, DVD и распознавание изображений, требуют большого количества операций сложения произведений. Поскольку выполнение этой операции в программном обеспечении требует большого количества шагов и является чрезвычайно трудоемким, для ускорения процесса интегрирована специальная схема для высокоскоростной обработки в оборудовании.

Кроме того, для приложений, связанных с коммуникацией, специальная схема, называемая UART, которая преобразует последовательный сигнал в параллельный, используется для обработки данных, смешанных с различными протоколами связи.

Таким образом, 32-битные микроконтроллеры также называются системными БИС, поскольку они выполняют сложную обработку на высокой скорости на одном кристалле, включив в себя специализированные схемы для каждого приложения.

Сегодня достижения в области полупроводниковых технологий сделали возможным интегрировать один миллиард транзисторов на одном полупроводниковом кристалле. В результате смартфоны и другие устройства могут интегрировать несколько специализированных схем и ядер ЦП на одном кристалле и запускать разработанные пользователем приложения, а граница между микроконтроллерами и процессорами становится размытой.

Другая информация о 32-битных микроконтроллерах

1. Характеристики 32-битных микроконтроллеров

32-битные микроконтроллеры доступны в двух типах разрядности инструкций в зависимости от архитектуры центрального процессора (ЦП): 32-битные фиксированной длины и 4~32-битные переменной длины. Инструкции переменной длины имеют меньший размер программы.

Как следует из названия «контроллер», микроконтроллеры используются для управления различными устройствами и имеют ограниченное применение по сравнению с микропроцессорами, используемыми в серверах, ПК и других устройствах общего назначения.

Еще одно различие между микроконтроллерами и микропроцессорами заключается в акценте на производительности в реальном времени. Для управления устройствами обработка должна выполняться на лету, а операционные системы (ОС), используемые в 32-битных микроконтроллерах, являются ОС реального времени, которые отличаются от обычной ОС Windows. Типичной ОС реального времени является японская ОС TCP/IP. Типичной ОС реального времени является uITRON, продукт японского проекта TRON.

В 32-битном микроконтроллере различные схемы таймера/счетчика, АЦП, ЦАП, схемы портов ввода-вывода, схемы драйверов ЖК-дисплеев, схемы памяти и т. д. интегрированы в одну и ту же полупроводниковую микросхему с 32-битным ЦП в качестве ядра.

2. О ядре ARM

Ядром 32-битного микроконтроллера является ядро ​​ЦП, которое значительно влияет на производительность обработки и простоту использования, из которых ядро ​​ARM является наиболее представительным.

Ядро ARM является ядром микроконтроллера, используемого в большинстве смартфонов и информационных устройств для iOS и Android, и было разработано ARM, компанией, основанной в Великобритании в 1990 году. Это ядро ​​ЦП с архитектурой набора инструкций фиксированной длины, а также обладающее функциями набора инструкций переменной длины. Его простая структура схемы позволяет легко применять его в ходе миниатюризации полупроводников, и оно характеризуется низким энергопотреблением и высокой вычислительной мощностью.

Низкое энергопотребление имеет важное значение для мобильных устройств, которым требуются батареи, и промышленных устройств, которые находятся в постоянном режиме работы. Наступление эры Интернета вещей, в которой различные объекты подключаются к сети, ускорило спрос на микроконтроллеры как с низким энергопотреблением, так и с высокой производительностью.

Ядра ARM были лицензированы на уровне архитектуры и схемы и были представлены во многих компаниях, особенно для мобильных ПК и смартфонов, быстро расширяя свою долю рынка.