MCU中的位越多越好嗎？這類似于問：內(nèi)燃機(jī)（ICE）中的氣缸越多越好嗎？外設(shè)和其他功能很重要，而不僅僅是位（或bit）。對于MCU，總功耗、外圍設(shè)備的可用性、延遲需求和其他因素都很重要，而不僅僅是位數(shù)。

MCU無處不在。它們存在于手機(jī)、玩具、車輛、白色家電、可再生能源系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備等等中。MCU對于控制從電機(jī)到閃爍LED的硬件功能至關(guān)重要。MCU的基本架構(gòu)包括一個中央處理單元、一些存儲器和外圍功能（圖1）。MCU從傳感器、開關(guān)和其他設(shè)備獲取輸入，并按照預(yù)編程指令的規(guī)定控制外圍設(shè)備的功能，例如顯示器、執(zhí)行器和電機(jī)的驅(qū)動器。根據(jù)所控制功能的復(fù)雜性和各種輸入所需的處理量，MCU有8位、16位和32位可供選擇。一般來說，位數(shù)越多，處理潛力越大。

“位”是“二進(jìn)制數(shù)字”。在8位MCU中，數(shù)據(jù)以8位為一組存儲，稱為字節(jié)（或在某些情況下，八位字節(jié)）。一個8位內(nèi)存寄存器可以存儲可能的28個值之一。根據(jù)所使用的整數(shù)表示，實(shí)際值的范圍會有所不同。例如，對于無符號二進(jìn)制數(shù)，范圍是0到255（2^8減1），使用二進(jìn)制補(bǔ)碼表示，范圍是-128（-1X2^7）到127（2^7–1）。雖然8位MCU中的數(shù)據(jù)總線是8位寬，但地址總線的寬度可能會有所不同。12到16位的地址總線寬度很常見。例如，一條16位寬的地址總線會產(chǎn)生65536（2^16）個字節(jié)（稱為64KB）。但這些分類只是開始暗示特定8位MCU的實(shí)際功能（圖2）。

8位MCU用途廣泛；它們提供簡單的編程、能源效率和小封裝尺寸（有些只有六個引腳）。但這些MCU通常并非設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和通信功能。最常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和通信軟件堆棧是16位或32位。某些8位設(shè)備可以使用通信外設(shè)，但16位和32位MCU通常是更有效的選擇。盡管如此，8位MCU通常用于各種控制、傳感和接口應(yīng)用。

一、32位更強(qiáng)大

雖然8位MCU用途廣泛，但它們的性能同樣受到限制。當(dāng)8位不夠用時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以求助于32位MCU，它可以帶來相當(dāng)大的性能沖擊。32位MCU的應(yīng)用范圍很廣，它們可以支持高端代數(shù)運(yùn)算和浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算。雖然8位MCU通常僅限于數(shù)MHz的處理速度，但32位單元的時(shí)鐘速率可達(dá)到GHz范圍，盡管數(shù)百M(fèi)Hz單元更為常見。

提高性能的同時(shí)也增加了32位MCU的編程復(fù)雜性，包括多個狀態(tài)寄存器、復(fù)雜的中斷管理、多層固件執(zhí)行權(quán)限等。這是32位單元如此強(qiáng)大的部分原因。它們可以為需要大量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序快速處理數(shù)千個復(fù)雜的計(jì)算，例如圖像處理或高速系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。此外，32位MCU通常需要更大的內(nèi)存地址空間來緩沖高帶寬數(shù)據(jù)流。

通常與32位MCU相關(guān)的更高時(shí)鐘速度也會導(dǎo)致能耗增加。一般來說，32位MCU可以通過犧牲更高的能耗來支持更密集的計(jì)算。但是在8位和32位之間的選擇并不是那么簡單。例如，32位MCU可以比8位MCU更快地完成一系列計(jì)算，然后進(jìn)入更長時(shí)間的睡眠模式。那么，32位MCU是不是更節(jié)能呢？這是可能的，但不一定是真的。8位MCU可以降低整體能耗，并有助于延長便攜式設(shè)備的電池壽命。選擇并不簡單，必須根據(jù)具體情況確定最佳能耗解決方案。

二、介于中間MCU

回到ICE的類比，在8bit（8位）和32bit（32位）之間有一個中間地帶；通常，16bit（16位）設(shè)計(jì)可以提供恰到好處的效率和性能組合。8位MCU的性能本質(zhì)上是有限的，只能通過添加外設(shè)在有限的范圍內(nèi)提高。使用32位MCU的系統(tǒng)可提供更高的性能，但與替代解決方案相比，可能會過大并消耗更多功率。

這就是16位MCU的用武之地，它們可以結(jié)合8位單元的簡單性，同時(shí)提供增強(qiáng)的性能而不會造成過多的功率損失。特別是在不需要大量多線程和適度內(nèi)存需求的應(yīng)用中，16位MCU可以提供最佳的中間解決方案（圖3）。

外圍設(shè)備可能是關(guān)鍵。一些16位MCU具有數(shù)學(xué)協(xié)MCU，支持密集的數(shù)學(xué)計(jì)算，類似于一些32位單元在相同的時(shí)鐘速度下。而且，有許多支持16位MCU的通信堆棧。例如，如果實(shí)施正確，以太網(wǎng)、控制器局域網(wǎng)（CAN）、通用串行總線（USB）和Zigbee都是可以在16位MCU上高效運(yùn)行的通信協(xié)議。與許多32位解決方案相比，使用16位MCU可以提供更簡單的電路板實(shí)現(xiàn)。

三、MCU外設(shè)

外設(shè)的可用性及其駐留位置可能是推動選擇8位、16位或32位的重要因素。可以選擇向8位MCU添加外部通信外設(shè)。但是，添加外圍芯片通常可以消除使用8位MCU的成本效益。使用已經(jīng)集成了通信功能的32位單元會更便宜。向上擴(kuò)展會發(fā)現(xiàn)32位MCU通常包含更多功能，并且可以比8位和16位設(shè)備更有效地處理多個外圍功能。

涉及更大數(shù)量和快速計(jì)算的應(yīng)用程序受益于16位和32位MCU的使用。可以從16位或32位MCU受益的示例包括FFT計(jì)算、高質(zhì)量音頻或視頻、高分辨率圖像處理和各種邊緣計(jì)算應(yīng)用。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能實(shí)現(xiàn)通常需要32位，通常帶有特定于應(yīng)用程序的加速器。

另一方面，處理來自傳感器或其他來源的模擬信號不一定受益于使用32位或16位MCU。8位MCU可以包括支持8位、10位、12位甚至16位速率的內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。

8位MCU可以支持一些加密功能以提高安全性。但這些功能通常是在硬件中實(shí)現(xiàn)的，這會增加成本或軟件，從而增加了相對低功耗MCU的負(fù)擔(dān)。如果更高級別的安全功能很重要，那么使用16位或32位MCU可能是明智的。

四、哪個MCU更好？

那么，比特越多越好嗎？不，不一定。這是一個復(fù)雜的決策過程（圖4）。成功的設(shè)計(jì)確定了以最具成本效益的方式提供所需性能的MCU架構(gòu)。對于電池供電的設(shè)備，應(yīng)選擇最節(jié)能的方式。

確定最佳MCU不一定是一個簡單的問題。有時(shí)，這不僅僅是關(guān)于當(dāng)今的性能要求；隨著時(shí)間的推移，可能需要提供具有增長潛力的解決方案來處理更具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用需求。例如，安全需求可以不斷發(fā)展。適應(yīng)未來對新的或增加的安全功能的需求的能力可能是一個重要的應(yīng)用考慮因素。

如果特定應(yīng)用需要大量隨機(jī)存取存儲器（RAM），與8位甚至16位設(shè)備相比，使用32位MCU通常會提供更多的RAM。在比較各種MCU替代方案時(shí)，延遲是另一個需要考慮的因素。使用8位、16位或32位MCU可能“同樣出色地”執(zhí)行某些功能。但是，如果應(yīng)用程序需要低延遲，則可能需要具有更快時(shí)鐘速率的16位或32位MCU的速度。