DSP、ARM与AVR的特点及区别是什么

　　ARM+DSP与AVR作为现代CPU设计范例，从现代眼光来看，都是非常先进的设计。最重要的是吸取了C51体系所显露出来的问题，在原有系列的基础上，拥有高性能、高速度，甚至是更低的功耗。本论文只针对ARM+DSP、AVR和C51单片机的特点，从不同的侧面进行了比较和阐述。
　　1 单片机的介绍
　　单片微型计算机（Single-Chip Micmprocessor）是微型计算机（Microcomputer，简称微机）的一个重要分支。单片微型计算机简称单片机，特别适用于工业控制领域，因此又称为微控制器（Microcontroller）。它的体积小，质量轻，价格便宜，为学习，应用和开发提供了便利条件。单片机作为控制部分的核心部件，广泛运用于汽车、红外监控设备、各种电子玩具、各类报警装置、各类军工、航空航天产品等等。
　　2 ARM+DSP的优点
　　2.1 ARM单片机的优点与ARM处理器的优点
　　2.2.1采用RISC架构的ARM单片机的优点
　　（1）体积小、低功耗、低成本、高性能;（2）支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好地兼容8位/16位器件;（3）大量使用寄存器，指令执行速度更快;（4）大多数数据操作都在寄存器中完成;（5）寻址方式灵活简单，执行效率高;（6）指令长度固定。
　　2.2.2 ARM处理器的优点
　　ARM是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、价格低、耗能低的RISC处理器、相关威廉希尔官方网站 及软件。ARM架构是面向低预算市场设计的第一款RISC微处理器，是32位单片机的行业标准，它提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的要求来配置生产。由于所有产品均采用一个通用的软件体系，所以相同的软件可在所有产品中运行。目前ARM在手持设备市场占有90%以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。其优点是：（1）高性能、低功耗、低价格;（2）丰富的可选择芯片;（3）广泛的第三方支持;（4）完整的产品线和发展规划。
　　2.2 DSP的优点
　　DSP（digital singnal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。
　　DSP的优点是可程控，修改方便，稳定性好，可重复性好，抗干扰性能好，0/1电平之间的容限大，实现自适应算法，系统特性随输入信号的改变而改变，功耗小，系统开发快，价格低。根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有以下特点：（1）在一个指令周期内完成一次乘法以及一次加法;（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据;（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;（5）快速的中断处理和硬件I/O支持;（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;（7）可以并行执行多个操作;（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。当然，与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
　　3 AVR的优点
　　采用RISC精简指令集的高速8位单片机，简称AVR。与其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特点是：（1）哈佛结构，具备1MIPS/ MHz的高速运行处理能力;（2）超功能精简指令集（RISC），具有32个通用工作寄存器，克服了如8051MCU采用单一ACC进行处理造成的瓶颈现象;（3）快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，部分型号FLASH非常大，特别适应于使用高级语言进行开发;（4）作输出时与PIC的HI/LOW相同，可输出40mA（单一输出），作输入时可设置为三态高阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10 mA～20 mA灌电流的能力;（5）片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠;（6）大部分AVR片上资源丰富：带E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等;（7）大部分AVR除了有ISP功能外，还有IAP功能，方便升级或销毁。
　　AVR的优点是：（1）简便易学，费用低廉;（2）高速、低耗、保密;（3）L/O口功能强，具有A/D转换等电路;（4）有功能强大的定时器/计算器及通讯接口。
　　4 C51的优点
　　（1）它从内部硬件到软件有着一套完整的按位操作系统，称作位处理器或者布尔处理器，它的处理对象不是字或字节而是位，这就意味着它不仅能对片内某些特殊功能寄存器的某位进行处理;（2）C51单片机还在片内RAM区间特别开辟了一个双重功能的地址区间，其既可作字节处理，也可作位处理，使用起来灵活方便;（3）优点是乘法和除法指令，这给编程也带来了便利。
　　5 C51与ARM+DSP的比较
　　作为处理器，C51、ARM、DSP都不是单独作为芯片来提供给用户的，都要加一些外围电路来支持，比如：存储器、控制器、定时器、UART、SH、I2C等，所以从处理器的角度来比较二者：（1）C51是8位的，ARM是32位的，DSP有16位的，也有更高的;（2）从运算能力上看，C51最弱，DSP最强，ARM居中;（3）结构差别较大，C51最简单，是一般的冯诺伊曼结构，ARM9以上的是哈佛结构的RISC，DSP一般使用哈佛结构;（4）C51一般芯片面积非常小，工作频率很低，一般是10多MHz，有的是24MHz，所以功耗低。DSP则频率很高，高达300MHz以上，所以功耗也大。ARM芯片面积也很小，ARM7是0.55 mm2，功耗也较小。频率大约在几十到200MHz之间;（5）C51一般主要应用于不需要太多计算量的控制类系统。一般配有丰富的外围module。DSP则主要应用于需要进行复杂计算的高端系统，例如图像处理，加密、解密，导航系统等，外围module一般较少。ARM是C51和DSP之间的一个折衷;（6）C51的性能远不如ARM和DSP，但仍然占据重要的一席之地，原因就是性能价格比。因为它太成熟了，太小了，太便宜了。而在一些需要复杂计算的领域，DSP也不可或缺。ARM的成功就是他找到了一个折衷点，并且建立了一个非常灵活的商业模型;（7）现在高端产品的一个趋势是ARM+DSP;（8）ARM具有完整的产品线和发展规划：ARM核根据不同应用需求对处理器的性能要求，有一个从ARM7、ARM9到ARM10、ARM11，以及新定义的CortexM/R/A系列完整的产品线。前几年应用较多的主要是基于V4架构的ARM7TDMI、ARM720T、ARM920T核的一些处理器芯片，如NXP的LPC2000系列、ST的STR7/9系列、Atmel的AT91系列和Samsung的S3C系列。近两年，ARM Cortex系列以更好的性能、更低的价格得到快速推广，典型的就是基于CortexM3的STM32系列。ARM CortexM/R/A系列分别针对不同的应用领域。M系列主要面向传统微控制器（MCU/单片机）应用，这类应用面很广，要求处理器有丰富的外设，并且各方面比较均衡;R系列强调实时性，主要用于实时控制，如汽车引擎;A系列面向高性能、低功耗应用系统，如智能手机。选用ARM处理器进行开发，威廉希尔官方网站 积累性较强，生命周期长，设计重用度高，不易被淘汰。用户在选择ARM处理器时，可以针对应用需求，从大量的ARM芯片中选用满足性能、功能要求的产品，以获得较好的性价比。
　　6 AVR和ARM的区别
　　（1）ARM是IP核，可供各大芯片商集成到各自的设计中;AVR这方面就差点，ATMEL一家别无选择;（2）实际产品成本方面，AVR优于ARM，毕竟AVR是8位机，配什么外设都便宜，由于速度比ARM低，PCB版也好设计，20MHz的数字电路基本上只要通就行了，不用过多考虑信号完整性;而ARM的速度能轻易上100MIPS，32位的CPU也可以，速度上AVR根本没法与ARM相比，不过ARM带来的问题就多了，要4层PCB，而且ARM的外设也贵;（3）功能方面，ARM大大优于AVR，ARM可以做PDA，手机;AVR显然不行。功能上的优势意味着ARM比AVR有着更广的应用范围;（4）外设方面AVR稍强，实际上我们可以看到Atmel公司的基于ARM核的AT91M55800A包括了很多AVR的外设，但还缺TWI/I2C，可变增益ADC，EEPROM等好用的部件。但是，毫无疑问，ARM的外扩外设能力比AVR强的多，所以外设方面两者差不多。操作系统和软件源码资源方面，ARM拜Linux之赐，比AVR有优势点。但AVR上的嵌入式操作系统也不是没有，Uc/OS-Ⅱ就不错;（5）调试手段方面，ARM应该优于AVR，AVR就一个JTAG接口的仿真器可以，但所支持芯片有限，ARM方面书上有相当多的方法调试。
　　7 AVR与C51的区别
　　（1）速度快AVR是精简指令集单片机，其开关电源模块速度可以达到1MIPS/s，理论上是传统的C51的12倍，实际上在10倍左右;（2）片上资源丰富 MEGA系列片上具备JTAG仿真和下载功能。片内含有看门狗电路、片内程序Flash、片内数据RAM、同步串行接口SPI、异步串口UART、内嵌AD转换器、EEPROM、模拟比较器、PWM定时计数器、TWI（IIC）总线接口、硬件乘法器、独立振荡器的实时计算器RTC、片内标定的RC振荡器等片内外设，可以满足各种开发需求;（3）驱动能力强I/O可以直接驱动数码管、LED、继电器等器件，节省很多外围电路，既节省开发难度，又降低成本;（4）功耗低低功耗虽然比不上430单片机，但也是单片机中佼佼者;（5）可选择型号种类多 各种不同的MTD2002型号可以满足不同的需求，让你的项目有很多的选择余地;（6）性价比高在高性能的前提下，并没有增加芯片的价格，价格可以和C51相比，而功能却是C51不可以比的。
　　8 结束语
　　目前DSP、AVR、ARM威廉希尔官方网站 应用领域非常广泛，对DSP、ARM、AVR问题的关心仍是产业界流行的趋势。同时，随着新的应用的不断产生，新的嵌入式微处理器也层出不穷，可见ARM微处理器还有很大的发展空间。相信在未来几年DSP+ARM及AVR威廉希尔官方网站 的发展和应用将对我们的工作和生活等各个方面产生更大的影响，所以学习DSP+ARM以及AVR单片机将会很有前途。