AVR和ARM之间的区别

近些年来，微控制器成为了嵌入式系统设计的核心部件，它主要负责执行程序，控制许多广泛的设备，例如电子产品、汽车、家庭电器等等。AVR和ARM作为两种微控制器的代表，也引起了广泛的关注。本文旨在探讨AVR和ARM之间的区别。

AVR和ARM的历史

先让我们来看看AVR和ARM微控制器的历史，从中了解一些他们的特点。

AVR

AVR是Atmel公司推出的一款微控制器，它最早推出是在90年代的中期。AVR的设计首先是针对低功率应用的，因为它采用了Harvard体系结构，能够支持部分解码（partial decoding），采用了时钟分频器的方式进行时钟管理，能够在低电压下工作等等一系列技术，因此在低功耗、小封装、快速执行等方面表现出色。

AVR最初是以8位为基准，但是在后来发展中慢慢转向了32位架构，同时也推出了很多种型号，例如MSP，XMEGA等等。

ARM

ARM的全称是Advanced RISC Machine，它最初是由Acorn Computer in Cambridge设计出的一种低功耗微控制器，之后经过多次的改进和升级，逐渐成为了目前世界上最流行的微控制器之一。

ARM和AVR相比较都是一种RISC架构，不过它支持的位数更高，现在市场上主流的版本有32位和64位。除此之外，ARM也引入了一些独特的技术，例如Thumb指令集、多核技术等等，使得它在处理能力上更优秀。

AVR和ARM的架构

AVR和ARM的主要架构都是基于RISC（Reduced Instruction Set Computer）的。RISC架构致力于减少指令的数量，使得每个指令的操作都更加简单和高效。同时，它支持多种编程模型，例如分支预测、延迟槽、寄存器窗口等等。

AVR的架构

AVR的架构包括中央处理器、闪存存储器、SRAM和特殊功能寄存器等。其中，中央处理器核心使用Harvard体系结构，能够实现指令和数据之间的独立存储，提高了程序的执行效率。闪存存储器可以存储程序代码，同时也支持擦写和重新编程。

在AVR中，特殊功能寄存器能够实现输入输出控制、时钟管理、中断控制、定时器和计数器等等功能。编程时，可以先对这些寄存器进行初始化，再对中央处理器进行程序写入。

ARM的架构

由于ARM的市场需求比AVR更加多样，因此它的架构也更加复杂。ARM的核心包括中央处理器、内存管理单元、System Control Space、APB、AHB等等。相比于AVR，ARM多了管道技术和多级缓存等高级特性，同时能够支持更多的指令和编程模型。

ARM中的特殊功能寄存器包括时钟和定时器、通用输入输出端口、中断控制器、DMA控制器等等，还引入了MMU（Memory Management Unit）进行虚拟内存管理。

AVR和ARM的电源管理

由于微控制器的应用场景比较复杂，因此对于电源管理的需求也比较高。在这个方面，AVR和ARM也有所不同。

AVR的电源管理

AVR的低功耗特性比较优秀，主要体现在执行长延时循环时的稳定性和均匀性。AVR支持多种休眠模式，例如Idle模式、Standby模式、Power-down模式、Power-save模式等等，其中，Power-down模式是最低功耗模式。

ARM的电源管理

由于ARM在处理能力上更出色，它在电源管理方面也要求更高。ARM支持的多种低功耗模式可以达到毫安级，因此在不影响性能的情况下也能够实现更好的节能效果。同时，ARM还支持多核技术和智能电源管理等高级特性，可以提高系统的稳定性和寿命。

AVR和ARM的编程

无论是AVR还是ARM，编程都是非常重要的环节。在这个环节中需要决定内存地址的分配、寄存器的配置、接口的协议等等。

AVR的编程

AVR编程可以使用各种编程软件，比较流行的有Atmel Studio 7和AVRDUDE。在编程结束后，可以使用JTAG、SPI和ICSP等接口将程序上传到芯片中。AVR的特殊寄存器在编程时也需要根据具体的功能进行配置。

ARM的编程

ARM编程复杂而且灵活，相较于AVR，它需要选用不同的工具链和编译器。比较流行的有Keil MDK、WinARM、GCC ARM等等。ARM还支持Cortex Debug Connector和JTAG接口，能够支持在线调试和下载程序。

结论

AVR和ARM作为两种主流的微控制器，都有其独特的优势和适用场景。其中AVR在低功耗、小型封装以及执行速度快方面表现优异；ARM在处理能力、多核技术以及高级特性方面更为出色。在实际应用中，开发者们需要根据具体需求来选择合适的微控制器。