32位微控制器在工业和汽车领域发挥作用
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2021-01-20
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32位微控制器在工业和汽车领域发挥作用位微控制器在工业和汽车领域发挥作用
现今的嵌入式工业及汽车系统中，有许多是基于8位或16位微控制器架构来设计的。随着新的低功耗32位架构的
面市，这些应用有可能获得更高的性能、准确度和功效。此外，处理能力的提高也有助于实现新产品的差异性
功能，包括先进的控制算法，GUI显示器、语音控制，以及电容式触摸感测等下一代接口。 例如，在许多
工业应用中，马达效率是影响功耗的主要因素之一。利用先进的控制算法可以提高马达效率，但这些算法又需
要更高性能的微控制器来实现。另一方面，通信速度也同样会影响效率，因为通信速度越高，系统就能够从传
感器收集到更多的信息，同时更快速地识别事件并采取相应的行动。 过去32位架构转换一直受拖延的原因
很多，
现今的嵌入式工业及汽车系统中，有许多是基于8位或16位微控制器架构来设计的。随着新的低功耗32位架构的面市，这
些应用有可能获得更高的性能、准确度和功效。此外，处理能力的提高也有助于实现新产品的差异性功能，包括先进的控制算
法，GUI显示器、语音控制，以及电容式触摸感测等下一代接口。
例如，在许多工业应用中，马达效率是影响功耗的主要因素之一。利用先进的控制算法可以提高马达效率，但这些算法又
需要更高性能的微控制器来实现。另一方面，通信速度也同样会影响效率，因为通信速度越高，系统就能够从传感器收集到更
多的信息，同时更快速地识别事件并采取相应的行动。
过去32位架构转换一直受拖延的原因很多，比如微控制器的成本较高，不支持5V I/O等等。而现在，随着爱特梅尔推出带
有全浮点单元（floating-point unit,FPU）的工业级微控制器--AVR? UC3C 32位微控制器，这些问题甚至其他一些设计问题都
已迎刃而解。AVR UC3C整合了外设事件系统、高精度时钟方案和高性能外设，可提高系统的性能、可靠性和功效。此外，
安全Flash、硬件式安全机制、直接连接模拟传感器的能力，以及可配置软件框架等多项功能的集成，可大大加快应用的开发
进程。，AVR UC3C专门针对工业及汽车应用的特殊要求进行了优化，不仅能提供32位处理能力，而且其功耗仅相当于8位或
16位微控制器的水平。
32位处理性能位处理性能
32位与8/16位系统的效率差异相当大，在16位处理器上，普通的32位乘/累加操作需要4次乘法与4次加法运算。由于需要
访问存储器以存储中间结果或释放多个寄存器，执行效率会进一步降低，并可能减慢其他操作的速度。因此，在16处理器
上，32位乘法可能需要20~40个周期。而32位UC3C处理器只需要单个周期即可。此外，32位管线较宽，故从存储器检索数据
及指令的速度更快。
集成式FPU的推出也使应用开发得以进一步简化。当一种算法过于周期密集或需采用定点格式来实现时，必须花费产品开
发周期的很大一部分时间来寻找能够简化算法、加速计算的方法。这类简化常常是以准确度为代价的。而利用FPU实现复杂算
法所需要的工作量较小，动态范围更宽，并可保持的精度。利用32位浮点指令来实现复杂算法，不仅可以提高系统的准确度
和效率，还能够大幅度加快开发进程。浮点技术对广大范围内的多种应用都很有用，包括机器人技术、运动控制、马达控制和
音频应用。
爱特梅尔AVR? UC3C 32位微控制器指令集是结合了16位和32位指令的丰富指令集，可以利用C语言编译器平衡性能与代
码密度。不过，UC3C微控制器的优势在于它的架构针对嵌入式系统中常见的实时事件管理进行了优化。UC3C微控制器支持
广大范围的各种高精度外设和接口，比如嵌入式系统需要的CAN和LIN,并支持整个工业温度范围的可靠运作。AVR UC3C架构
设计是针对较小化处理延时以确保实时事件处理的，如图1所示，系统可靠性和操作人员安全性的微控制器。
图1表示的是爱特梅尔AVR UC3C 32位微控制器是一款高性能微控制器，设计具有较小处理延时以确保实时事件处理，从
而确保系统可靠性和操作人员安全性。
图1 爱特梅尔AVR UC3C 32位微控制器设计框图
增强的处理能力可通过多种不同的方式来提升应用的性能：
更高的准确度和精度：更大的处理能力让微控制器能够以更高的采样率支持更的ADC和DAC.
模拟传感器的直接使用：AVR UC3C具有基于DMA的ADC、先进的处理能力，以及可正确管理模拟传感器的时序的集成
技术，故相比传统的微控制器架构，可以支持更多的模拟传感器。
更先进的算法：实现更先进的算法，如三相马达控制和死区插入技术（dead-band insertion techniques），可以提高系统
效率，降低系统的功耗和成本。
差异性：更大的处理能力还能够实现更先进的用户接口图形。例如，许多微控制器都需要4或5个芯片才能实现系统的电
容式触摸功能。而利用灵活、高性能的AVR UC3C,电容式就能够采用软件实现触摸功能，并可通过任何I/O引脚工作，无需外
部元件。
更大的通信带宽：系统可以共享更多的数据，控制多个节点，并捕捉分辨率更高的数据。目前的16位系统往往无法支持
单个CAN或以太网堆栈。而利用带DMA的32位架构，单个器件就可以作为多接口网关。
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