Vị trí của vi điều khiển 8- và 16 bit là gì? Tại sao không có 32-bit bị chiếm?

Điểm cắt thực sự về mặt đánh đổi giữa chi phí và hiệu suất để chọn vi điều khiển 32 bit là gì?

Nói cách khác, với sự gia tăng và thống trị của các kiến ​​trúc ARM, tại sao chúng ta vẫn sử dụng bộ vi điều khiển 8 bit và 16 bit? Họ vẫn còn rẻ hơn nhiều?

Tôi hiểu rằng các thiết bị cấp thấp không cần tài nguyên được cung cấp bởi các kiến ​​trúc lớn hơn và phức tạp hơn. Tuy nhiên, động lực thực sự để vẫn sử dụng chúng là gì nếu chi phí dường như được hội tụ về cùng một phạm vi?

Có thể một năm trước, có một sự khác biệt đáng kể giữa 8-bit cấp thấp và bộ vi điều khiển 32-bit rẻ nhất. Không phải là trường hợp nữa.

Dựa trên giá số lượng lớn Digi-Key, bạn có thể nhận được PIC10F200 8 bit với giá 35ȼ với số lượng 2500 trong gói SOT-23-6. Bạn nhận được CY8C4013SXI-400 32 bit (ARM Cortex-M0) với giá 36ȼ với số lượng 2500 trong gói SOIC-8. (Giá cả số lượng lớn của Digi-Key không thực tế về mặt chi phí mà các nhà sản xuất thực sự phải trả, có lẽ ít hơn nhiều, nhưng tôi nghĩ rằng nó là hợp lệ để sử dụng để so sánh giá thô giữa các sản phẩm khác nhau cho số lượng tương tự.)

Vì vậy, OP là đúng, họ đang hội tụ.

Vậy tại sao các chip 32 bit không được sử dụng nhiều hơn? Như tôi đã nói trong đoạn đầu tiên của tôi, mức giá và tương đương kích thước này chỉ xảy ra trong năm ngoái hoặc 18 tháng. Và họ vẫn còn một chặng đường dài trước khi có đủ chip để cạnh tranh.

Trong số 6875 chip ARM có sẵn từ Digi-Key, chỉ có bốn trong kho với số lượng định giá dưới một đô la. Bốn . Trong khi đó, có hàng trăm chip 8 bit dưới một đô la để các kỹ sư lựa chọn.

Nhưng giả sử có ít nhất vài chục micro 32 bit cấp thấp có sẵn. Họ sẽ tự động được chọn trong số 8 bit?

Trước hết bạn phải làm cho các kỹ sư nhận thức được chúng. Luôn có rất nhiều sự kháng cự để thay đổi. Những điều mới để học - từ quan điểm phần cứng, học cách kết hợp chip mới vào mạch điện. Có các công cụ mới, như lập trình mạch, trình biên dịch mới, v.v ... Đối với các kỹ sư phần sụn, học cách sử dụng một bộ thiết bị ngoại vi và bộ định thời hoàn toàn mới (chủ yếu là đăng ký bố cục và ý nghĩa bit).

32-bit là tốt và tất cả những thứ đó, nhưng trừ khi người ta cần phải thực hiện nhiều tính toán nặng nề, vấn đề là gì? Nếu bạn chỉ có bốn chân GPIO, việc truy cập chúng bên trong dưới dạng thanh ghi 32 bit sẽ không có lợi thế hơn khi sử dụng thanh ghi 8 bit.

Tôi nghĩ rằng mức tiêu thụ năng lượng sẽ luôn có lợi cho micros 8 bit.

Ví dụ, PIC10F200 rút 175 175A chạy ở 4 MHz và 2v và 100 nA ở chế độ ngủ. CY8C4013SXI-400 thu hút khoảng 800 PhaA chạy @ 4 MHz và 2v và 1 uA ở chế độ ngủ. (Bảng dữ liệu cho CY8C4013SXI không có số cho 4 MHz hoặc 2v, vì vậy tôi phải thực hiện một số ước tính - bảng dữ liệu cho biết nó thu được 2 ma @ 6 MHz và 3,3v.)

Vì vậy, ARM rút ra gấp 4,5 lần dòng điện khi thức và 10 lần khi ngủ. Có vẻ như không nhiều, nhưng đó là sự khác biệt giữa việc chạy trên một tế bào tiền xu trong 3 tháng hoặc trong một năm. (Tôi giả sử cả hai bộ vi điều khiển chủ yếu thực hiện thời gian, cập nhật cổng, v.v. và không thực hiện tính toán nặng. Nếu trường hợp sau là vi mô 8 bit phải thực hiện nhiều phép tính số học nhiều byte trong thời gian dài về thời gian, nó mất đi một số lợi thế của nó.)

Thật thú vị khi ARM rút ra gấp bốn lần dòng điện 8 số, và đến lượt nó có các thanh ghi bên trong và đường dẫn dữ liệu rộng gấp bốn lần. Tôi không nghĩ rằng đây là một sự trùng hợp. Đối với CMOS, mức tiêu thụ năng lượng tỷ lệ thuận với số lượng bóng bán dẫn được chuyển đổi, và ARM rõ ràng đang làm nhiều hơn nữa cho mỗi lệnh được thực thi.

Khi nhiều nhà cung cấp ARM đưa ra các chip cấp thấp, tôi sẽ không ngạc nhiên nếu các nhà cung cấp như Microchip giảm giá hơn nữa. Trong mọi trường hợp, với giá nhiều hơn hoặc ít hơn, các gói có kích thước tương tự, nhưng ít lựa chọn chip 32 bit hơn, tôi nghĩ rằng các bộ vi điều khiển 8 bit vẫn sẽ xuất hiện trong chốc lát - đặc biệt là vì bạn có hàng chục ngàn kỹ sư quen thuộc với họ.

Ba điểm chính:

• Giá bán
• Kích thước
• Sự tiêu thụ năng lượng

50 khi bạn đặt hàng 10.000 chip thì khá nhiều tiền. Thậm chí nhiều hơn khi bạn đặt hàng 100.000 chip.

Bạn có thể nhận được chip 8 bit nhỏ hơn đáng kể so với chip 32 bit, chẳng hạn như PIC10 có sẵn trong gói SOT23-6.

Chip 32 bit, vì chúng thường có tốc độ xung nhịp nhanh hơn và làm được nhiều hơn, tiêu thụ nhiều năng lượng hơn so với chip 8 bit nhỏ. Pin tiêu hao nhanh hơn, hệ thống điện phải cung cấp nhiều dòng điện hơn (và do đó tốn kém hơn), v.v.

Rốt cuộc, tại sao bạn lại mua một chiếc juggernaut để lấy một chén đường bên cạnh?

Các ứng dụng uC tôi đã phát triển cho các sản phẩm thương mại hầu như không bao giờ xử lý kích thước dữ liệu lớn hơn 8 bit; vì vậy ngay cả khi 32 bitters có cùng giá với 8 bitters, vẫn sẽ không có lợi ích gì. Như một người khác đã nói, chúng tôi đi tìm những gì quen thuộc, vì vậy chúng tôi có thể đấm nó nhanh hơn. Tuy nhiên, cái cuối cùng tôi phát triển đã đẩy PIC16 tôi sử dụng đến giới hạn theo mọi cách - nhưng đó không phải là do kích thước dữ liệu. Nếu tôi làm như vậy nữa, thì tôi thực sự nên học ARM.

Tôi hy vọng rằng các chip ARM sẽ đảm nhiệm hầu hết các chức năng trong đó một cái gì đó hoạt động giống như một "máy tính". Mặt khác, rất nhiều bộ vi điều khiển 8 bit đã quen với việc làm những việc có thể được thực hiện với một thiết bị logic lập trình tương đối đơn giản hoặc một số cổng vừa phải, nhưng thực sự có thể được thực hiện rẻ hơn và / hoặc rút ra ít hơn bằng cách sử dụng micro 8 bit đơn giản. Khi thiết kế các ứng dụng phức tạp hơn, việc sử dụng micro 32 bit thường dễ hơn so với 8 bit, nhưng nếu toàn bộ mục đích của chip là, ví dụ như xem và gỡ bỏ một đầu vào nhất định và, nếu nó lên cao, hãy bắt đầu xuất 200 xung trên một đầu ra nhất định tại các khoảng thời gian 1ms, sau đó 100 ở các khoảng thời gian 2ms, sau đó 100 ở 3ms, sau đó tạm dừng trong 100ms và tiếp tục làm điều đó cho đến khi đầu vào xuống thấp, việc thiết kế mã cho điều đó thực sự có thể dễ dàng hơntrên micro 8 bit so với trên 32 bit. Chênh lệch chi phí giữa micros 8 bit và 32 bit có thể không còn đủ trong nhiều trường hợp để biện minh cho việc chi tiêu thêm nỗ lực kỹ thuật để làm cho dự án "phù hợp" với micro 8 bit, nhưng trong trường hợp một phần 32 bit sẽ không Không tiết kiệm bất kỳ nỗ lực kỹ thuật nào, không có lý do gì để chi tiêu thêm một xu.

Mặc dù tôi đồng ý rằng chi phí CPU và mức tiêu thụ năng lượng là những lý do chính, nhưng một điều cần xem xét nữa tôi chưa thấy được liệt kê ở đây là không gian PCB. Đối với nhiều loại hệ thống nhúng, chẳng hạn như quy mô phòng tắm điện tử, không cần nhiều I / O, không có lợi cho kích thước xe buýt lớn hơn và không có lợi ích gì cho việc xử lý nhanh hơn. Tuy nhiên, có làmột lợi ích cho một gói nhỏ hơn với ít chân hơn vì nó làm cho bố cục và định tuyến của bảng mạch in đơn giản hơn và thường nhỏ hơn. Nếu một bảng có thể được thiết kế như một bảng 2 lớp chứ không phải là bảng 4 lớp, sẽ tiết kiệm đáng kể chi phí và số pin nhỏ hơn thường đi kèm với bộ xử lý 8 bit có xu hướng tạo điều kiện tiết kiệm dễ dàng hơn 32- bộ xử lý bit thường có nhiều chân hơn và các gói vật lý lớn hơn.

Ngay cả trong thế giới 8 bit, các loại mới hơn đã được biết là mất rất nhiều thời gian để thay thế các loại cũ hơn - xem MCS51 vẫn còn sống trong các hốc của nó và MCS48 vẫn được tìm thấy ở những nơi không ngờ tới.

Trong nhiều trường hợp, sự thay đổi không xảy ra vì nó không mang lại giá trị bổ sung và đi kèm với chi phí học một công nghệ mới chưa được chứng minh là sẽ tồn tại và / hoặc dự kiến ​​sẽ vẫn là mục tiêu di động (điều này khiến thật thú vị với những người muốn tập trung vào công nghệ MCU nhưng gây khó chịu cho những người muốn tập trung vào ứng dụng của họ và không liên tục sửa chữa và kiểm tra lại phần mềm sản xuất để điều chỉnh ARM cổ điển của năm nay!). Đối với một số người, một thành phần không còn được phát triển đã lỗi thời, với những người khác cuối cùng nó đã trở nên ổn định và trong khi nó có thể cần giải pháp để khắc phục lỗi, ít nhất nó cung cấp một nền tảng ổn định cho những thứ này. Dòng dung nham không phải lúc nào cũng là phản hạt mà nó bị nứt vỡ - có xu hướng làm cho các ngọn núi ở lại ...