Was ist ein 32-Bit-Mikrocontroller?
Ein 32-Bit-Mikrocontroller ist ein Mikrocontroller mit einer maximalen Bitbreite von 32 Bit für den Befehlscode und einer Bitbreite von 4 bis 32 Bit für die zu verarbeitenden Daten.
Mikrocontroller werden als Halbleiterchips hergestellt und neben 32-Bit-Mikrocontrollern gibt es 4-Bit-, 8-Bit- und 16-Bit-Mikrocontroller, wobei 32-Bit-Mikrocontroller die Spitzenklasse bilden und eine extrem hohe Verarbeitungsleistung aufweisen.
Anwendungen von 32-Bit-Mikrocontrollern
Da verschiedene Haushaltsgeräte mit dem Hinweis „Mikrocontroller eingebaut“ gekennzeichnet sind, werden Mikrocontroller in einer Vielzahl moderner elektrischer Produkte eingesetzt, auch in industriellen Anwendungen. Ein 4-Bit-Mikrocontroller wird für LED-Anzeigen verwendet, die den Betriebszustand anzeigen, ein 8-Bit-Mikrocontroller für die Steuerung von Haushaltsgeräten, ein 16-Bit-Mikrocontroller für Fernsteuerungsprodukte usw., je nach der erforderlichen Leistung.
32-Bit-Mikrocontroller, die über die höchste Verarbeitungsleistung verfügen, werden dort eingesetzt, wo große Datenmengen mit hoher Geschwindigkeit verarbeitet oder komplexe Verarbeitungen mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden, wie z. B. bei der Bildverarbeitung für Fernsehgeräte und DVDs, bei der Datenkommunikation in Kommunikationsgeräten, bei der Motor- und Fahrsteuerung in Automobilen sowie bei der Bilderkennung und Bewegungssteuerung in Robotern.
Grundlagen der 32-Bit-Mikrocontroller
Viele 32-Bit-Mikrocontroller sind nicht nur mit Standard-Peripherieschaltkreisen, sondern auch mit spezialisierten Verarbeitungsschaltkreisen für bestimmte Anwendungen ausgestattet, da eine komplexe Hochgeschwindigkeitsverarbeitung erforderlich ist.
So erfordern beispielsweise Anwendungen im Zusammenhang mit der Bildverarbeitung wie TV, DVD und Bilderkennung eine große Anzahl von Summenprodukt-Operationen. Da die Ausführung dieser Operationen in Software eine große Anzahl von Schritten erfordert und sehr zeitaufwendig ist, werden spezielle Schaltungen für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung in Hardware integriert, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.
Darüber hinaus wird bei Anwendungen im Zusammenhang mit der Kommunikation ein spezieller Schaltkreis namens UART installiert, der zwischen seriell und parallel umwandelt, um Daten zu verarbeiten, bei denen verschiedene Kommunikationsprotokolle gemischt werden.
Auf diese Weise werden 32-Bit-Mikrocontroller auch als System-LSI bezeichnet, weil sie komplexe Verarbeitungen mit hoher Geschwindigkeit auf einem einzigen Chip durchführen, indem sie spezielle Schaltungen für verschiedene Anwendungen enthalten.
Dank der Fortschritte in der Halbleitertechnologie ist es heute möglich, eine Milliarde Transistoren auf einem einzigen Halbleiterchip zu integrieren. Infolgedessen können Smartphones und andere Geräte mehrere dedizierte Schaltkreise und CPU-Kerne auf einem einzigen Chip integrieren und vom Benutzer entwickelte Anwendungen ausführen, und die Grenze zwischen Mikrocontrollern und Prozessoren verschwimmt zunehmend.
Weitere Informationen zu 32-Bit-Mikrocontrollern
1. Merkmale von 32-Bit-Mikrocontrollern
32-Bit-Mikrocontroller sind entweder mit 32-Bit-Befehlsbreiten fester Länge oder mit 4~32-Bit-Befehlsbreiten variabler Länge erhältlich, je nach der Architektur der CPU (Englisch: Central Processing Unit), der zentralen Verarbeitungseinheit. Befehle mit variabler Länge verringern den Umfang des Programms.
Wie der Name des Controllers vermuten lässt, werden Mikrocontroller zur Steuerung verschiedener Geräte verwendet und sind Geräte für begrenzte Anwendungen, im Gegensatz zu Mikroprozessoren in Servern, PCs usw., die für Allzweckanwendungen eingesetzt werden.
Ein weiterer Unterschied zwischen Mikroprozessoren und Controllern besteht in der Betonung der Echtzeitleistung. Das in 32-Bit-Mikroprozessoren verwendete Betriebssystem ist ein Echtzeitbetriebssystem, das sich beispielsweise vom normalen Windows-Betriebssystem unterscheidet. Ein typisches Echtzeitbetriebssystem ist uITRON, das aus dem japanischen TRON-Projekt hervorgegangen ist.
In einem 32-Bit-Mikrocontroller sind verschiedene Timer-/Zählerschaltungen, A/D-Wandler, D/A-Wandler, E/A-Port-Schaltungen, LCD-Treiberschaltungen, Speicherschaltungen usw. auf demselben Halbleiterchip mit einer 32-Bit-CPU als Kern integriert.
2. Über den ARM-Kern
Das Herzstück eines 32-Bit-Mikrocontrollers ist der CPU-Kern, der einen großen Einfluss auf die Verarbeitungsleistung und die Benutzerfreundlichkeit hat, wofür der ARM-Kern der repräsentativste ist.
Der ARM-Kern ist der Kern des Mikrocontrollers, der in den meisten Smartphones und Informationsgeräten sowohl für iOS als auch für Android zu finden ist, und wurde von ARM, einem 1990 in Großbritannien gegründeten Unternehmen, entwickelt. Es handelt sich um einen CPU-Kern mit einer prägnanten Befehlssatzarchitektur mit fester Länge, der aber auch die Merkmale eines Befehlssatzes mit variabler Länge aufweist. Durch seine einfache Schaltungsstruktur lässt er sich leicht an die fortschreitende Miniaturisierung von Halbleitern anpassen und zeichnet sich durch seinen geringen Stromverbrauch und seine hohe Verarbeitungsleistung aus.
Ein niedriger Stromverbrauch ist für mobile Geräte, die Batterien benötigen, und für Industrieanlagen, die ständig in Betrieb sind, von entscheidender Bedeutung, und der Beginn der Internet-der-Dinge-Ära, in der verschiedene Objekte mit dem Netz verbunden sind, hat die Nachfrage nach Mikrocontrollern mit niedrigem Stromverbrauch und hoher Leistung beschleunigt.
ARM-Kerne wurden auf Architektur- und Schaltungsebene lizenziert und in vielen Unternehmen eingeführt, vor allem in mobilen PCs und Smartphones, wodurch sich ihr Marktanteil rasch erhöhte.