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Atmel AVR® 8 位和 32 位微控制器作為獨(dú)具匠心的組合，體現(xiàn)出高性能、高功效和設(shè)計(jì)靈活的特性。這類解決方案基于業(yè)界 C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言編程代碼效率最高的架構(gòu)，加快產(chǎn)品的面市時(shí)間，而且可以很容易地適應(yīng)新的產(chǎn)品。當(dāng)您需要改良產(chǎn)品和開(kāi)拓新市場(chǎng)時(shí)，廣泛的 AVR 產(chǎn)品組合很容易實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)技術(shù)知識(shí)的重復(fù)使用。先進(jìn)的架構(gòu)優(yōu)化了 Atmel AVR CPU 。
基于哈佛架構(gòu)
AVR 微控制器的高性能和低功耗不是偶然之作，而是長(zhǎng)期艱苦研發(fā)的結(jié)晶，是一項(xiàng)專利技術(shù)。Atmel 的 8 位和 32 位 AVR CPU 基于先進(jìn)的哈佛架構(gòu)，該架構(gòu)專門(mén)針對(duì)功耗和性能進(jìn)行了調(diào)優(yōu)。與每個(gè)哈佛架構(gòu)的器件類似，AVR CPU 擁有兩條總線：一條指令總線，用于 CPU 讀取可執(zhí)行指令；一條數(shù)據(jù)總線，用于讀取或?qū)懭胂鄳?yīng)的數(shù)據(jù)。這確保了在每個(gè)時(shí)鐘周期都可以執(zhí)行一條新指令，從而消除了沒(méi)有指令可供執(zhí)行的等待狀態(tài)。
可以配置 AVR 微控制器中的總線，使 CPU 指令總線具有訪問(wèn)片上閃存的最高優(yōu)先級(jí)。CPU 數(shù)據(jù)總線具有訪問(wèn) SRAM 的最高優(yōu)先級(jí)。
多數(shù)人認(rèn)為 RISC 是“精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer）”的首字母縮寫(xiě)，RISC 器件擁有的指令數(shù)量有限。但是，對(duì)于熟悉 RISC 和 CISC 發(fā)展歷史的人們而言，他們了解 RISC 是“降低復(fù)雜性指令集計(jì)算機(jī)（Reduced COMPLEXITY Instruction Set Computer）”的首字母縮寫(xiě)。因?yàn)樾g(shù)語(yǔ) RCISC 不夠簡(jiǎn)潔，所以在計(jì)算機(jī)理論中普遍采用 RISC。
Atmel AVR 不需要減少指令集包含的指令數(shù)，而是降低解碼每個(gè)指令所需的數(shù)字電路的復(fù)雜程度。因?yàn)槊總€(gè)指令都是 16 位的倍數(shù)，所以不會(huì)在嘗試傳輸和解碼包含無(wú)用信息的位上浪費(fèi)能耗。
為使 AVR 指令集盡可能高效，Atmel AVR CPU 研發(fā)團(tuán)隊(duì)邀請(qǐng)了 IAR 系統(tǒng)的編譯器專家共同開(kāi)發(fā)了首個(gè) AVR C 編譯器。隨著不斷改進(jìn)，AVR 架構(gòu)針對(duì) C 代碼執(zhí)行進(jìn)行了優(yōu)化，在構(gòu)造階段徹底解決了瓶頸問(wèn)題。這就是 AVR 成為代碼量小、高性能和低功耗代名詞的原因所在。
CPU 執(zhí)行程序時(shí)，通常需要頻繁訪問(wèn)有限的一組數(shù)據(jù)，包括指針、循環(huán)計(jì)數(shù)器、信號(hào)狀態(tài)位和數(shù)組索引。事實(shí)上，經(jīng)過(guò)對(duì)源代碼仔細(xì)檢查，我們發(fā)現(xiàn)大多數(shù)數(shù)據(jù)只是在非常短的時(shí)間內(nèi)需要，隨后就被丟棄。這就是 AVR CPU 包含多個(gè)“工作寄存器”的原因，這樣可在 CPU 內(nèi)部存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。將臨時(shí)數(shù)據(jù)組織在一個(gè)“寄存器文件”中，不必再將這些數(shù)據(jù)從 CPU 移動(dòng)到 SRAM，只是在幾個(gè)周期后再讀取回來(lái)。寄存器文件速度極快，可以使 CPU 在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)讀取、執(zhí)行、并將結(jié)果重新存儲(chǔ)到寄存器。相比存取長(zhǎng)地址和數(shù)據(jù)行的大型 SRAM 而言，寄存器文件在存取數(shù)據(jù)時(shí)消耗的電量更低。因?yàn)椴粫?huì)浪費(fèi)任何周期，所以大幅降低了執(zhí)行代碼的功耗。
32 位 AVR 包含一系列整數(shù)、固定點(diǎn)和浮點(diǎn) DSP 指令的指令集，使 AVR CPU 具有最高的 CPU 性能。32 位 AVR 指令集包含飽和及舍去指令，無(wú)需對(duì)中間結(jié)果進(jìn)行內(nèi)部范圍檢查，因此提高了循環(huán)速度。憑借快速乘法、累積和除法指令，32 位 AVR 是要求大量數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用的最佳選擇。