ARM+DSP與AVR作為現代CPU設計范例，從現代眼光來看，都是非常先進的設計。最重要的是吸取了C51體系所顯露出來的問題，在原有系列的基礎上，擁有高性能、高速度，甚至是更低的功耗。本論文只針對ARM+DSP、AVR和C51單片機的特點，從不同的側面進行了比較和闡述。

　　1 單片機的介紹

　　單片微型計算機(Single-Chip Micmprocessor)是微型計算機(Microcomputer，簡稱微機)的一個重要分支。單片微型計算機簡稱單片機，特別適用于工業控制領域，因此又稱為微控制器(Microcontroller)。它的體積小，質量輕，價格便宜，為學習，應用和開發提供了便利條件。單片機作為控制部分的核心部件，廣泛運用于汽車、紅外監控設備、各種電子玩具、各類報警裝置、各類軍工、航空航天產品等等。

　　2 ARM+DSP的優點

　　2.1 ARM單片機的優點與ARM處理器的優點

　　2.2.1采用RISC架構的ARM單片機的優點

　　(1)體積小、低功耗、低成本、高性能;(2)支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好地兼容8位/16位器件;(3)大量使用寄存器，指令執行速度更快;(4)大多數數據操作都在寄存器中完成;(5)尋址方式靈活簡單，執行效率高;(6)指令長度固定。

　　2.2.2 ARM處理器的優點

　　ARM是微處理器行業的一家知名企業，設計了大量高性能、價格低、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM架構是面向低預算市場設計的第一款RISC微處理器，是32位單片機的行業標準，它提供一系列內核、體系擴展、微處理器和系統芯片方案，四個功能模塊可供生產廠商根據不同用戶的要求來配置生產。由于所有產品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產品中運行。目前ARM在手持設備市場占有90%以上的份額，可以有效地縮短應用程序開發與測試的時間，也降低了研發費用。其優點是：(1)高性能、低功耗、低價格;(2)豐富的可選擇芯片;(3)廣泛的第三方支持;(4)完整的產品線和發展規劃。

　　2.2 DSP的優點

　　DSP(digital singnal processor)是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號，再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。DSP芯片，也稱數字信號處理器，是一種特別適合于進行數字信號處理運算的微處理器，其主要應用是實時快速地實現各種數字信號處理算法。

　　DSP的優點是可程控，修改方便，穩定性好，可重復性好，抗干擾性能好，0/1電平之間的容限大，實現自適應算法，系統特性隨輸入信號的改變而改變，功耗小，系統開發快，價格低。根據數字信號處理的要求，DSP芯片一般具有以下特點：(1)在一個指令周期內完成一次乘法以及一次加法;(2)程序和數據空間分開，可以同時訪問指令和數據;(3)片內具有快速RAM，通常可通過獨立的數據總線在兩塊中同時訪問;(4)具有低開銷或無開銷循環及跳轉的硬件支持;(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持;(6)具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器;(7)可以并行執行多個操作;(8)支持流水線操作，使取指、譯碼和執行等操作可以重疊執行。當然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。

　　3 AVR的優點

　　采用RISC精簡指令集的高速8位單片機，簡稱AVR。與其它8-Bit MCU相比，AVR 8-Bit MCU最大的特點是：(1)哈佛結構，具備1MIPS/ MHz的高速運行處理能力;(2)超功能精簡指令集(RISC)，具有32個通用工作寄存器，克服了如8051MCU采用單一ACC進行處理造成的瓶頸現象;(3)快速的存取寄存器組、單周期指令系統，大大優化了目標代碼的大小、執行效率，部分型號FLASH非常大，特別適應于使用高級語言進行開發;(4)作輸出時與PIC的HI/LOW相同，可輸出40mA(單一輸出)，作輸入時可設置為三態高阻抗輸入或帶上拉電阻輸入，具備10 mA～20 mA灌電流的能力;(5)片內集成多種頻率的RC振蕩器、上電自動復位、看門狗、啟動延時等功能，外圍電路更加簡單，系統更加穩定可靠;(6)大部分AVR片上資源豐富：帶E2PROM，PWM，RTC，SPI，UART，TWI，ISP，AD，Analog Comparator，WDT等;(7)大部分AVR除了有ISP功能外，還有IAP功能，方便升級或銷毀。

　　AVR的優點是：(1)簡便易學，費用低廉;(2)高速、低耗、保密;(3)L/O口功能強，具有A/D轉換等電路;(4)有功能強大的定時器/計算器及通訊接口。

　　4 C51的優點

　　(1)它從內部硬件到軟件有著一套完整的按位操作系統，稱作位處理器或者布爾處理器，它的處理對象不是字或字節而是位，這就意味著它不僅能對片內某些特殊功能寄存器的某位進行處理;(2)C51單片機還在片內RAM區間特別開辟了一個雙重功能的地址區間，其既可作字節處理，也可作位處理，使用起來靈活方便;(3)優點是乘法和除法指令，這給編程也帶來了便利。

　　5 C51與ARM+DSP的比較

　　作為處理器，C51、ARM、DSP都不是單獨作為芯片來提供給用戶的，都要加一些外圍電路來支持，比如：存儲器、控制器、定時器、UART、SH、I2C等，所以從處理器的角度來比較二者：(1)C51是8位的，ARM是32位的，DSP有16位的，也有更高的;(2)從運算能力上看，C51最弱，DSP最強，ARM居中;(3)結構差別較大，C51最簡單，是一般的馮諾伊曼結構，ARM9以上的是哈佛結構的RISC，DSP一般使用哈佛結構;(4)C51一般芯片面積非常小，工作頻率很低，一般是10多MHz，有的是24MHz，所以功耗低。DSP則頻率很高，高達300MHz以上，所以功耗也大。ARM芯片面積也很小，ARM7是0.55 mm2，功耗也較小。頻率大約在幾十到200MHz之間;(5)C51一般主要應用于不需要太多計算量的控制類系統。一般配有豐富的外圍module。DSP則主要應用于需要進行復雜計算的高端系統，例如圖像處理，加密、解密，導航系統等，外圍module一般較少。ARM是C51和DSP之間的一個折衷;(6)C51的性能遠不如ARM和DSP，但仍然占據重要的一席之地，原因就是性能價格比。因為它太成熟了，太小了，太便宜了。而在一些需要復雜計算的領域，DSP也不可或缺。ARM的成功就是他找到了一個折衷點，并且建立了一個非常靈活的商業模型;(7)現在高端產品的一個趨勢是ARM+DSP;(8)ARM具有完整的產品線和發展規劃：ARM核根據不同應用需求對處理器的性能要求，有一個從ARM7、ARM9到ARM10、ARM11，以及新定義的CortexM/R/A系列完整的產品線。前幾年應用較多的主要是基于V4架構的ARM7TDMI、ARM720T、ARM920T核的一些處理器芯片，如NXP的LPC2000系列、ST的STR7/9系列、Atmel的AT91系列和Samsung的S3C系列。近兩年，ARM Cortex系列以更好的性能、更低的價格得到快速推廣，典型的就是基于CortexM3的STM32系列。ARM CortexM/R/A系列分別針對不同的應用領域。M系列主要面向傳統微控制器(MCU/單片機)應用，這類應用面很廣，要求處理器有豐富的外設，并且各方面比較均衡;R系列強調實時性，主要用于實時控制，如汽車引擎;A系列面向高性能、低功耗應用系統，如智能手機。選用ARM處理器進行開發，技術積累性較強，生命周期長，設計重用度高，不易被淘汰。用戶在選擇ARM處理器時，可以針對應用需求，從大量的ARM芯片中選用滿足性能、功能要求的產品，以獲得較好的性價比。

　　6 AVR和ARM的區別

　　(1)ARM是IP核，可供各大芯片商集成到各自的設計中;AVR這方面就差點，ATMEL一家別無選擇;(2)實際產品成本方面，AVR優于ARM，畢竟AVR是8位機，配什么外設都便宜，由于速度比ARM低，PCB版也好設計，20MHz的數字電路基本上只要通就行了，不用過多考慮信號完整性;而ARM的速度能輕易上100MIPS，32位的CPU也可以，速度上AVR根本沒法與ARM相比，不過ARM帶來的問題就多了，要4層PCB，而且ARM的外設也貴;(3)功能方面，ARM大大優于AVR，ARM可以做PDA，手機;AVR顯然不行。功能上的優勢意味著ARM比AVR有著更廣的應用范圍;(4)外設方面AVR稍強，實際上我們可以看到Atmel公司的基于ARM核的AT91M55800A包括了很多AVR的外設，但還缺TWI/I2C，可變增益ADC，EEPROM等好用的部件。但是，毫無疑問，ARM的外擴外設能力比AVR強的多，所以外設方面兩者差不多。操作系統和軟件源碼資源方面，ARM拜Linux之賜，比AVR有優勢點。但AVR上的嵌入式操作系統也不是沒有，Uc/OS-Ⅱ就不錯;(5)調試手段方面，ARM應該優于AVR，AVR就一個JTAG接口的仿真器可以，但所支持芯片有限，ARM方面書上有相當多的方法調試。

　　7 AVR與C51的區別

　　(1)速度快AVR是精簡指令集單片機，其開關電源模塊速度可以達到1MIPS/s，理論上是傳統的C51的12倍，實際上在10倍左右;(2)片上資源豐富 MEGA系列片上具備JTAG仿真和下載功能。片內含有看門狗電路、片內程序Flash、片內數據RAM、同步串行接口SPI、異步串口UART、內嵌AD轉換器、EEPROM、模擬比較器、PWM定時計數器、TWI(IIC)總線接口、硬件乘法器、獨立振蕩器的實時計算器RTC、片內標定的RC振蕩器等片內外設，可以滿足各種開發需求;(3)驅動能力強I/O可以直接驅動數碼管、LED、繼電器等器件，節省很多外圍電路，既節省開發難度，又降低成本;(4)功耗低低功耗雖然比不上430單片機，但也是單片機中佼佼者;(5)可選擇型號種類多 各種不同的MTD2002型號可以滿足不同的需求，讓你的項目有很多的選擇余地;(6)性價比高在高性能的前提下，并沒有增加芯片的價格，價格可以和C51相比，而功能卻是C51不可以比的。

　　8 結束語

　　目前DSP、AVR、ARM技術應用領域非常廣泛，對DSP、ARM、AVR問題的關心仍是產業界流行的趨勢。同時，隨著新的應用的不斷產生，新的嵌入式微處理器也層出不窮，可見ARM微處理器還有很大的發展空間。相信在未來幾年DSP+ARM及AVR技術的發展和應用將對我們的工作和生活等各個方面產生更大的影響，所以學習DSP+ARM以及AVR單片機將會很有前途。