mipsphp支撑技巧_单片机计算机能大年夜比拼51 AVR MIPS ARM

单片性能干的事儿很多啊，我常日用来：

掌握个灯啊、空调啊、电视啊、小车啊神马的。

用传感器采集个温度啊、湿度啊、电压、电流、水流、人脸啊神马的。

显示输出：液晶、OLED、数码管；声音；电风扇神马的。

超低功耗：家里的中心掌握系统基于树莓派，不到2W功耗。

便携。
貌似自己做成的东西极少具有便携性。
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在没有打仗Arduino前都是用51倒腾，玩了有几年，以为51是最适宜电子爱好者用的芯片，大略、便宜、功能足够！
但打仗Arduino后才明白，原来还有这么个东东，比51前辈得多，实在太好用了！
记得学51从二进制地址学起，不太好懂。
后来用C开拓常常问：“明明 c=a+b; print(c); 就行了，我干嘛要去学指令、寄存器、寻址？”高等措辞屏蔽底层很多东西，让编程变得大略。
并不是根本知识没用，这好比高档数学这道门槛（俺数学专业），你必须弄懂根本知识体系才能理解数学天下的美妙！
但如果是经济学专业，不懂数学根本知识同样可以玩儿转经济学！
你从中得到的乐趣跟你投入成正比。
以是，我用单片机并不是科班那种须要弄懂MCU每个功能、每个模块，我用单片机就接接外设，完成我的想法而已。
大概，只用到了单片机十分之一。
说实话，极少利用单片机打算能力（话说这也不是单片机的强项呀），但如你要做个智能小车、四轴翱翔器、PID掌握，那就须要一定的打算能力了。

开始，只是大略想看看单片机运算有多快，有时机会跟坛友交流了一块chipKIT Uno32（MIPS芯片），就想横向比较一下不同MCU的差别，于是就有了本文。
实在，打算能力通过指令时钟周期来打算，科学准确，但对付不太精通底层知识的我，汇编犹如天书，至心看不懂啊！
以是，还是用我自己的土办法测一下吧。

先说测试方法和事理：

只测试+、-、、/、%五种操作符，uint8_t、uint16_t、uint32_t、uint64_t、float、double六种数据类型的性能。

首先测10000次空循环的韶光，然后在循环中加入操作数，记录总的韶光，减去空循环韶光便是打算花费的韶光。

测试中由于有系统中断（Arduino、STM32都有Tick中断，51为计时也有中断），结果不会很准，话说也没指望它能有多准。
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编译器优化参数 -O0，一开始测出来的运行韶光都为“零”，彻底缭乱。
研究之后方得知，编译器优化干掉空循环，需通过参数关闭优化。

不同芯片数据类型支持不一样，有些数据类型会缺失落。
例如Arduino Uno中的float和double是一样的，都是float；但32位架构MCU中的double是float宽度的两倍。

代码类似这样：

说个小故事。
如不关闭测试优化选型，把全局变量定义成局部变量，加法、减法的测试韶光为“零”，没错，10000次打算不到4微秒，这显然不可能。
后来研究一番方得知编译器默认优化参数是-Os，很多打算直接优化了。
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测试用的板子：

传统的AT89C516，还有宏晶鼓吹的1T 51单片机（STC12C5A60S2）

Arduino UNO（ATmega 328），Arduino Due（Atmel SAM3X8E，ARM架构的）

chipKit Uno32（PIC32MX320F128 MIPS架构）

ST Nucleo F0（STM32F030R8），Nucleo F1（STM32F103RB），都是ARM架构的

测试用开拓环境：

51谈不上什么优化参数，我用的uVision 2。
晶振用22.1184M，听说这个电影可以跑到40M，我就呵呵一下好了。

Arduino IDE 1.6.9，图中2/3都是用Arduino环境，个中编译器参数须要修正platform.txt文件，默认是-Os（优化大小），改成-O0（完备不优化），这个要重启Arduino才能有效。
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STM用的是MDK 5.16，HAL库。
没办法，对STM32真不熟，能捣鼓出结果很不错了！
mbed计时函数有问题，F0、F1芯片无法得出微秒级韶光，只好用HAL，话说用CubeMX天生代码还真挺方便的。

计时方法：

51用TIMER0计时，这个太大略了，每计数 12/22.1184 微秒啊！

Arduino用系统micros()，根据两次记录的韶光差，精度4微秒。

STM用HAL库函数供应的HAL_GetTick()，通过HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/10000); 把计数器设为100微秒，再快会对打算有影响。

硬件解释：

部分芯片带硬件乘、除法器，啊，那个性能好的没话说。

32位MCU处理8/16/32位效果都是32位，但哀求不高的地方，8位也够。

结果通过串口返回，Arduino串口超大略、STM32用HAL库串口通信也还行，这51串口啊，我就不说了。

测试结果：

剖析：

Base是空循环10000次的微秒数，不同单片机差别还是挺大的，MIPS完胜，Arduino Due也不错。

传统51，打算8位加、减法大概3个时钟周期；16位乘除法打算略慢；32位打算有点捉襟见肘了；浮点很奇怪，乘除比加减快，以是，可以用32位整数加减和浮点乘除来提高打算性能。

STC 1T单片机确实不错，性能可跟8位的AVR叫板，考虑它的价格比AVR便宜，还是有利用代价滴。

Arduino Uno作为Arduino的入门直选，打算能力还不错，32位加、减法都挺好，尤其浮点打算，还比51快一些；只是乘除法速率略慢。

Arduino Due采取32位ARM芯片，基本上是处理能力最强的Arduino板！
32位整数打算不像Uno会往下掉，综合性能比Uno高5~10倍，尤其乘、除法，硬件打算便是快啊！

chipKIT把我震荡了，原来MIPS这么快，甩其它芯片几条街啊！
（这是不开优化，开优化也甩几条街） MIPS整数能力超强，浮点打算略差，那也比Due快了近一倍！
如果用Arduino开拓须要高性能打算，chipKIT可以选。
我用的是他们过期的产品，新产品系列性能更高，存储更大！

STM32F0是Cortex-M0架构的，不得不说其综合能力不低啊。
这么说是由于它的价格，比Due、chipKit的ARM、PIC芯片便宜多得多，但性能并不是没得比。

STM32F1是

Cortex-M3架构，跟M0比多了硬件除法器，主频更高。
基本上，STM32F1可以垄断单片机的市场了，我对它唯一的希望便是：“把手册做的大略些，好难懂的说！
”

综上所述，对付单片机选用哪一款都是可以的，STM32F1系列虽然综合最好，但学习门槛高，不易入门；51芯片虽历史悠久，性能可圈可点，但在Arduino的冲击下真没什么代价了。
业余爱好者追求的是大略操作、快速搭建，Arduino完美的社区资源是任何其它芯片比不了滴！
以是，建议非专业爱好者还是用Arduino来搭建原型，须要速率上MIPS芯片的chipKit，总有知足你的！

以上剖析的是无优化性能，有点不公正。
由于，实际上没人会无优化的编译，那么打开优化是什么样子呢？请看下图 （Arduino支持-O3，但考虑AVR片上Flash空间紧张，还是用-Os来说，附件有完全-O3的结果）

哇，性能全部飙升啊！
均匀都有3~5倍的提升，这也解释MCU的速率很依赖编译器！

Arduino Due的性能比Uno快了近10倍，且Due的乘除性能不比STM32差，得益于ARM核心和硬件打算单元啊。

MIPS架构总体最快，32位性能灰常精良，仅浮点比STM32F103略慢。

STM32F103不愧是芯片之王，综合性能最好，尤其浮点处理能力！
用于PID、四轴翱翔器的打算很得当。

末了，真正的乐趣不是看谁跑得快，而是设计一段程序，让它能在完备不同的系统跑起来的那种造诣感！
这篇文章也是随手而写，测试内容并不是非常严谨，仅作参考。

扩展阅读：

在成文之前搜了下关于MCU的benchmark，才明白我可真是真井底之蛙！
早有专业的测试算法工具，比如Dhrystone 。
我也把他们在Arduino和MDK平台上都编译了一下，结果挺故意思的，详细结果就不贴了，大家可以自己试一下。
如果真的想理解MCU的benchmark还得用这种成熟的方法，土方法只能娱乐而已。
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Dhrystone

Arduino下可运行：https://github.com/ghalfacree/Arduino-Sketches/tree/master/Dhrystone

STM32下可运行：http://www.stm32duino.com/viewtopic.php?t=76

How to Effectively Measure MCU Efficiency

参考资料：

本文用到的代码和报告：http://pan.baidu.com/s/1i4KNxOx

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