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ARM架構(gòu)提供兼容性體系,打造32位單片機通用平臺

隨著需求側(cè)對性能要求和處理能力的提升,32位單片機逐漸成為市場主流,大部分廠家單片機的內(nèi)核逐漸被第三代ARM架構(gòu)的內(nèi)核替代;2014年,基于現(xiàn)代需求設(shè)計的第四代RISC-V架構(gòu)推出,具有模塊化、極簡和可拓展的特點,目前主要在可穿戴設(shè)備中應用廣泛,但目前暫不具備和ARM類似的完善生態(tài)系統(tǒng)。


ARM為目前主流架構(gòu),已形成完整的生態(tài)系統(tǒng)。ARM架構(gòu)實現(xiàn)了標準化,為設(shè)計平臺提供了代碼兼容性和軟件兼容性,促使主要廠商紛紛遷移到32單片機產(chǎn)品開發(fā),成熟的架構(gòu)迅速替代各家自定義架構(gòu),成為目前主流架構(gòu),全球前十大MCU廠商32位產(chǎn)品均有導入ARM架構(gòu)。同時ARM架構(gòu)設(shè)計上更偏重節(jié)能、能效方面,在進入21世紀之后,隨著手機的快速發(fā)展而發(fā)展壯大,據(jù)軟銀數(shù)據(jù),ARM處理器逐步占領(lǐng)全球手機市場,市占率高達90%以上。


ARM公司將Cortex系列細分為三大類,包括A系列、R系列和M系列。在不同應用領(lǐng)域具體內(nèi)核不同,A系列主要用于復雜的電腦應用,比如手機、服務器等;R系列主要用于實時系統(tǒng);最早集成到芯片級的是Cortex-M系列,主要面向各類嵌入式應用的MCU


Cortex-M系列主要有M0、M0+、M1、M3M4、M7、M23M33內(nèi)核等。按照ARM架構(gòu)分類,M0、M0+、M1屬于ARMv6-M架構(gòu),M3M4、M7屬于ARMv7-M架構(gòu),M23、M33屬于ARMv8-M架構(gòu)。高性能內(nèi)核的主頻通常較高,M4M7M33系列中有數(shù)字信號處理拓展(DSP),M23M33則開始擁有TrustZone特性。


M3系列于200410月發(fā)布,專為高性能、低成本平臺開發(fā)設(shè)計。因為配備了NVIC組件,因此較其他系列具有更高的中斷速度,在工控領(lǐng)域應用廣泛。M3將傳統(tǒng)MCU外設(shè)與可編程模擬功能結(jié)合,在實際應用中最多提高70%的中斷速度。第一款M3系列MCULuminary Micro2006年推出的Stellaris LM32,但20076ST推出的STM32 F1系列才讓M3內(nèi)核顯露鋒芒。


M0系列于20092月發(fā)布,最大的特點是低功耗設(shè)計,具有高效和高代碼密度的特點。運算能力達到0.9DMIPS/MHz,成功以8位的價格創(chuàng)造32位效能,同時將傳統(tǒng)的8位和16位處理器升級到更低功耗、更高效的32位處理器。第一款M0產(chǎn)品為NXP20093月推出的LPC 1100系列。


M4系列于2010年發(fā)布,相比于M3系列,增加了DSP擴展和可選的單精度浮點單元,提供更有效的電源管理和資源分配功能。主要滿足電機控制、汽車電源和工業(yè)自動化等新興市場要求。第一款M4產(chǎn)品為Freescale推出的Kinetis K系列。


M0+系列于20123月發(fā)布,在M0系列的基礎(chǔ)上進一步降低功耗并提升性能,第一款產(chǎn)品為NXP推出的LPC800系列。


MCU生態(tài)系統(tǒng)愈發(fā)復雜,已經(jīng)擴展到芯片設(shè)計、軟件設(shè)計、應用層,完整的生態(tài)系統(tǒng)不僅要有前端,更要有后端的廠商加入才完美。目前ARM架構(gòu)已形成較為完善的生態(tài)系統(tǒng)。


RISC-V2010年推出,針對現(xiàn)代需求設(shè)計,具有模塊化、極簡和可拓展的特點,并且不需要為了兼容老性能而做出犧牲。RISC-V在配備操作系統(tǒng)、開發(fā)工具等的生態(tài)系統(tǒng)方面不如ARM架構(gòu),產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟內(nèi)部對RISC-V發(fā)展方向一直存在分歧。RISC-V的靈活可拓展性及高定制化使其在對生態(tài)系統(tǒng)依賴性比較小的新型市場(如嵌入式IoT、人工智能等)中擁有更大的潛力。阿里平頭哥推出了基于RISC-V的開源MCU平臺,靈動微電子等國內(nèi)企業(yè)也相繼推出基于RISC-V內(nèi)核的MCU產(chǎn)品。


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