8位单片机微控制器(MCU)的11个认识误区 ,你必须要了解学习下

来源：日期：2021-12-13

备受推崇的 8 位微控制器 (MCU) 今年迎来了 44 岁生日。即使到了中年，这种杂乱无章、受数字挑战的架构仍能在许多新的嵌入式应用程序中找到自己的方式。当然，过去四年的技术进步催生了更快、更强大的 MCU，它们不断威胁着为 8 位机器保留的市场空间。

年轻工程师往往会放弃 8 位 MCU 的高效简单性，以寻求 32 位 MCU 提供的无限处理能力的承诺。但 32 位 MCU 真的是所有应用的终极目标吗？让我们来探讨一下关于嵌入式市场的资深工程师的一些非常常见的神话和误解。

1. 8 位正在消失。

信不信由你，这是我们在 8 位嵌入式空间中遇到的最常见的误解。如果你真的仔细想想，这就好像在说，既然已经发明了 SUV，廉价、节能的汽车最终将走渡渡鸟的路。当然，这不会发生……同样，嵌入式世界中总会有廉价、节能的 8 位 MCU 的空间。

让我们尝试为这个讨论添加一些数据。 Gartner 的 2015 年微控制器报告列出了 8 位和 32 位年销售额在约 6 亿美元范围内的美元价值——大致相等。鉴于平均交易价格的差异，数学告诉我们，2015 年每一个 32 位 MCU 就有 3 个被设计到嵌入式系统中的 8 位 MCU。会消失吗？不会很快。

2. 8 位没有什么新东西。没有创新。

很容易假设 MCU 制造商将他们所有的研发预算都花在更新的 32 位产品线上，同时让他们老化的 8 位 MCU 产品组合因缩小一两个芯片而萎靡不振，以降低生产成本。事实是，所有 8 位 MCU 多年来都在不断发展，以满足嵌入式市场的需求。一些 MCU 制造商通过使用为他们的 32 位产品组合开发的技术来更新他们的 8 位 MCU 来做到这一点。其他公司，如 Microchip，专注于客户的需求，为 8 位领域带来真正的创新。

例如，Microchip 的 8 位 PIC 和 AVR MCU 系列具有核心独立外设 (CIP)——无需 CPU 干预即可运行且可以相互通信的智能外设（图 1）——有助于提高系统性能和响应速度，同时降低功耗消耗。结合现代快速启动开发工具（例如 MPLAB 代码配置器和 Atmel START），这些 8 位创新使设计人员能够在几个月内从原型设计到生产就绪。

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1. Microchip 的 8 位 MCU 具有内核独立外设 (CIP)——可配置的外设，无需 CPU 干预即可执行系统功能，并可相互通信——有助于提高系统性能和响应速度，同时降低功耗。

3. 8-bitters 真的很难用 C 和其他高级语言编程。

是的，8 位架构确实早于高级编程语言在嵌入式设计中的广泛使用。事实上，许多老派工程师仍然拒绝在他们的嵌入式环境中安装一个新奇的 C 编译器。虽然这完全没问题——我们不做评判——但我们应该注意到，现在销售的大多数 8 位 MCU 使得使用现代 C 编译器开发代码变得非常容易。

Microchip 的现代 PIC16 “F1” MCU 有几条指令完全致力于消除处理其分页 / 分组地址空间的任何问题。如果这还不够，PIC18 和 AVR 架构都具有为高级语言编译器量身定制的大量线性地址空间。当然，现代集成开发环境 (IDE) 使所有这些问题都不再是问题。

4. 您只能将 8 位 MCU 用于简单的应用程序。

这取决于您如何定义术语“简单应用程序”。绝大多数嵌入式系统不需要大量的计算能力和嵌入式操作系统来保持一切同步。最常见的嵌入式系统涉及某种类型的传感、电源转换、闭环控制或低数据速率通信活动。这使它们牢牢地归于“简单应用程序”类别。有了合适的片上外设，这些任务就可以由廉价的 MCU 轻松处理。

为此，Microchip 开发了 20 多个 CIP 来自主处理最常见的嵌入式任务，让 CPU 执行监督角色。使用 CIP 使应用程序的响应更加确定，而且实现起来要简单得多（没有讨厌的中断服务例程来编码和调试）。在这种情况下，简单是一件好事。

5：8 位对于物联网设计来说不够强大。

每个物联网 (IoT) 应用程序看起来都像智能手表、无线音频节点或其他一些同样复杂的嵌入式系统，这很容易让人陷入这种观念中。现实情况是，组成 IoT 应用程序的“事物”执行非常简单的任务。它们是触敏开关、传感器、无线灯泡和联网车库门开启器；这是您洗衣房中的按钮，当您按下它时，它会自动重新订购洗涤剂。

这些系统进行测量。他们通过您家的路由器将数据发送到互联网。它们控制一个简单的开关电源。他们在被网络“轻推”时醒来。它们在工作时消耗的电量很少。所有这些都是较新的 8 位 MCU 专门设计用来执行的任务。如果您的下一个 IoT 设计没有 8 位，您可能会错过优化应用程序的机会。

2. 传统的嵌入式设计非常以软件为中心，嵌套的软件例程需要进行全面的验证工作以确保正常运行。必须考虑时序突发事件、中断优先级和系统延迟。

6. 8-bitters 的速度不足以响应关键的系统事件。

请记住这一点：对关键系统事件的响应时间与延迟和确定性有关。

几乎每个全速运行的 32 位 MCU 都会胜过以最大时钟速度运行的 8 位 MCU，这已不是什么秘密。然而，大多数应用程序没有支持任何 MCU 100% 全速运行的功率预算。因此，一个常见的设计实践是在不需要时利用 CPU 的睡眠模式来降低功耗，并在再次需要时通过硬件中断将其唤醒。使用此技术，您刚刚引入了影响准时应用程序性能的两个最大障碍：可变启动时间和中断延迟。在编写应用程序时，必须仔细考虑和缓解这两种情况，否则结果可能是灾难性的。

带有 CIP 的 MCU 允许设计人员在固定功能、低功耗和永远在线的硬件中实现其应用中对时间最敏感的部分。这样做可以以极低的功耗为关键事件提供一致、低延迟的响应。

7. 32 位 MCU 比 8 位 MCU 更节能。

正如大家都知道 32 位 MCU 是嵌入式块上最快的孩子一样，他们也明白更快的 32 位速度与更高的 32 位功耗相匹配。这里没有争论，但一些工程师认为他们可以利用所有这些速度来“欺骗系统”一点。基本上，通过更快地完成工作，您可以将 CPU 置于睡眠模式更长的时间。因此，32 位 MCU 比 8 位 MCU 更节能，对吗？错误的。

即使您在两种架构上运行大致相同的软件例程，8 位 MCU 的低得多的运行模式功耗也将保证微型电源的电池寿命更长。除此之外，大多数现代 8 位 MCU 比同等价位的 32 位设备具有更好的外围功能平衡。这允许“功能较弱”的 MCU 在硬件中处理更多任务，支持更长的 CPU 睡眠模式时间。一些常见的应用需要来自较新的 PIC 和 AVR MCU 的 CPU 正常运行时间几乎为零——优势：8 位。

8. 32-bitters同样价格，性能翻倍。

如果您一直和我们在一起，那么您很可能会理解嵌入式应用程序的性能不仅仅是通过原始计算能力来衡量的。成本最低的 32 位 MCU 往往具有出色的 CPU 性能和大量廉价的数字外设，但通常缺乏实现许多嵌入式系统所需的片上模拟功能。

Microchip 的 8 位 MCU 具有智能模拟外设，可以自动执行信号分析任务，为数字脉宽调制器 (PWM) 提供补偿信息，并提供无需 CPU 干预的自动关机功能。这些 8 位 MCU 可以帮助显着减少外部组件数量，从而在此过程中节省大量资金。最好的建议是看整个应用的实际需求，选择能够以最低系统成本完成任务的 MCU。调整系统大小永远不会出错。

9. 8 位不是面向未来的解决方案。

选择一个着眼于遥远未来不可预测的市场趋势的 MCU 永远不能保证成功，但几乎肯定会带来意想不到的后果。无法确定未来会怎样。如果市场转向一组完全不同的功能要求，则无论使用的是 8 位、16 位还是 32 位 MCU，都需要重新设计完整的系统。

根据可以在设计开始时确定的需求和要求，为任何项目选择“最适合”的架构。这样做将有助于将硬件和软件开发成本降至最低。通常，8 位 PIC 或 AVR MCU 将有助于降低整体系统硬件成本，并且片上硬件中启用的功能可以在设计的整个生命周期中大量减少软件工作量。

10. 32 位 MCU 减少了软件开发时间。

编写代码很容易。编写有效的代码完全是另一项努力。认同这个神话的人通常会低估在工作应用程序中测试、调试和验证他们的代码所需的时间和精力。或者他们都是编码天才。一天的编码可能需要数月的验证（图 2）。

使用 32 位 MCU 的应用程序往往以软件为中心。也就是说，所有必要的功能都在软件例程中实现——因此没有有效的方法来逃避验证周期。 8 位 PIC 和 AVR MCU 都旨在更有效地使用其外设，以减少实现常用功能所需的代码行数。这缩短了开发过程，因为编码是轻而易举的，并且硬件的功能在工厂中已经过验证（图 3）。

3. 8 位 PIC 和 AVR MCU 旨在更有效地利用其外设，以减少实现常用功能所需的代码行数。这使得开发过程更短，因为编码很简单，并且硬件的功能已经在工厂进行了验证。

总而言之，减少软件开发时间的最好方法是首先编写更少的代码行。

11. 8 位没有向上迁移的路径。

向上迁移更多地取决于您的开发环境，而不是任何单个 MCU 或硬件。如果迁移路径是一个关键问题，那么最好的办法是从“全系列”制造商处采购 MCU，该制造商提供由一致开发生态系统支持的 8 位、16 位和 32 位 MCU。如今，决定从一个 MCU 迁移到另一个 MCU 的难易程度的是开发环境，而不是硬件。精心设计的 IDE，例如 Microchip 的 MPLAB X 或 Atmel START，使用户能够在其广泛产品组合中的任何 MCU 上实现他们的想法。

如果您正在设计下一代基于 Linux 的腕戴式超级计算机，那么使用最新最好的 32 位设备开始和结束您的 MCU 搜索是非常有意义的。但是，如果您像我们其他人一样为常见的日常系统添加智能、更好的控制和确定性，那么如果您不将更新的 8 位 MCU 产品添加到您的列表中，那您就大错特错了。您会发现功耗最低、非常有用的外设和超级简单的开发体验。有什么不喜欢的？

例如，Microchip 的 8 位 PIC 和 AVR MCU 系列具有核心独立外设 (CIP)——无需 CPU 干预即可运行且可以相互通信的智能外设（图 1）——有助于提高系统性能和响应速度，同时降低功耗消耗。结合现代快速启动开发工具（例如 MPLAB 代码配置器和 Atmel START），这些 8 位创新使设计人员能够在几个月内从原型设计到生产就绪。

Microchip 的 8 位 MCU 具有内核独立外设 (CIP)——可配置的外设，无需 CPU 干预即可执行系统功能，并可相互通信——有助于提高系统性能和响应速度，同时降低功耗。8 位架构确实早于高级编程语言在嵌入式设计中的广泛使用。事实上，许多老派工程师仍然拒绝在他们的嵌入式环境中安装一个新奇的 C 编译器。虽然这完全没问题——我们不做评判——但我们应该注意到，现在销售的大多数 8 位 MCU 使得使用现代 C 编译器开发代码变得非常容易。随着嵌入式网络设备的成本下降——以 Raspberry Pi 为例——它们变得无处不在。但是，这种增殖的隐藏成本,嵌入式系统的开发，其中软件和硬件必须很好地协同工作，已经变得极其复杂和具有挑战性PIC18 和 AVR 架构都具有大量线性地址空间，这些空间是为高级。