CPU频率在Arduino板中代表什么？

Question

我是Arduino和微控制器的新手。

我正在研究这些规格，发现即使是同一块电路板也可能有不同的频率，输入电压不同（3.3V对5V）。所以问题是，频率代表什么？它是否表示它能够运行多少行汇编代码？或者它能够输出的最大PWM频率？

另一个问题是，如果我正在寻找特定项目的电路板，我如何确定我需要先验的频率，而不是尝试一切，看看哪一个有效？

让我更加困惑的是，当涉及到计算机CPU时，低频CPU似乎实际上比高频率CPU（例如英特尔）运行得更快。那么我怎么知道微控制器的运行速度有多快？

Answer 1

频率指的是CPU时钟的频率。假设您的Arduino Uno以16 MHz运行，即16,000,000赫兹。 这意味着每秒有1600万个时钟周期。 CPU执行程序的字节代码。一个汇编程序指令实际上可以执行任意数量的CPU周期，通常在1到4个周期之间进行简单的操作，并且稍微重复算术和写入内存。因此，它粗略估计每秒可以运行多少“汇编程序行”（即字节码指令）。一个更好的测量是“MIPS”值，“每秒百万条指令”。 CPU的其他基准类型更准确。

如果您参考AVR微处理器架构的数据表，您可以看到每个指令所需的周期：（链接：http://www.atmel.com/images/Atmel-0856-AVR-Instruction-Set-Manual.pdf）

因此对于ADD Rd, Rr指令，AVR CPU需要1个时钟周期。

以台式机Intel CPU为例。如今，它们的时钟频率为2 GHz或更高，与Arduino的AVR CPU每秒1600万次循环相比，每秒20亿次。所以Intel CPU击败了Arduino。再说一次，Arduino是为完全不同的东西而设计的 - 它是一个低开销的小型微控制器，不运行操作系统等。这种CPU（和架构）的用例只是不同，这使得比较它们是不合理的。还有许多其他因素在起作用，例如多核CPU（4个Intel CPU核心与1个AVR）和命令流水线，内存/ RAM的速度等。在每次使用中将CPU与另一个CPU进行比较真的很难 - 虽然可能，但对于“通用计算”，台式机CPU（AMD，Intel，x64架构）远远超过了仅仅Arduino AVR CPU的处理能力。

我希望这可以解决一些困惑。

Answer 2

我认为你有一个混乱可能是芯片特定的，我现在不打算查一下但我记得看到这个，芯片规格可能会说这个输入电压范围它可以处理这个频率，为此电压范围不能。我认为sparkfun 3.3是8mhz，5.0是16mhz或类似的东西。无论如何，通常情况并非如此，但它是一个逐个芯片供应商的供应商的东西，这就是为什么你必须阅读数据表。与arduinos或avrs无关，只是一般的芯片设计。

您如何知道微控制器的运行速度有多快？这是一个非常有问题的问题，取决于你对快速的定义。如果它只是我可以使用的时钟频率，那么＆＃34;只需阅读数据表＆＃34;对于那部分，然后根据您的电路板设计选择可用的，如果您没有任何外部时钟，那么您的选择可能会或可能不会更有限，您可能有也可能没有可用于倍增的pll时钟源。

如果你对fast的定义是我能以多快的速度完成这项任务，那么每秒有多少whatevers，或者完成某项特定任务所需的挂钟时间。那是一个基准问题，有很多变量，实际上没有真正的答案。是的，x86可以拥有更低的时钟并且运行速度比其他一些x86更快，历史上新的可以比相同的二进制文件更旧的每个时钟的东西，你必须将编译调整到更新的芯片然后你可能会把你的一些mips带回mhz。但这部分是因为您使用的是不同的芯片设计，只是说同一种语言（机器代码）。你可以让一个高个子的人比一个短小的人更快地背诵一首诗，既可以使用英文也可以使用同一首诗，与短小或高大无关，只是他们是不同的人。

有不同的avr核心变体，但不能与不同的x86架构相提并论。因此，在比较一个微小的与一个xmega时，你可能可以让xmega运行更快＆＃34;只是因为它有更多的寄存器或更大的地址空间等，在相同的时钟速率，但每秒的指令可能并没有真正的不同，可能是，但我的猜测不是那么多。

然后是编译器，编译器在如何＆＃34;快速＆＃34;中起着重要作用。您的代码运行，更改编译器或编译器版本或编译器设置，并且从相同的高级源代码（例如C）生成的机器代码可能会有很大差异，因此会对＆＃34;速度＆＃34;的代码。以dhrystone为例，非常容易证明在相同的芯片/电路板上具有相同的精确源代码，相同的时钟速率等可以基于使用不同的编译器，版本或命令行设置以极其不同的速度执行，有点证明基准的教父在提供任何有意义的信息方面基本没用。

微控制器使问题变得更糟，因为你经常运行闪存中的程序，许多，不是全部，但很多都能够分频或乘法或同时兼顾时钟，但闪存并不总是为全系列。您可能有一个以8mhz内部时钟启动的芯片，但您可以使用pll将其乘以80mhz。但是闪存仅限于16mhz芯片就不那么罕见了，因此在8mhz闪存可以提供一个项目说每个cpu时钟的指令，但是在20mhz时你必须设置等待状态，尽管cpu的运行速度要快得多你只能以16mhz的速度喂它，所以它会等待更多，然后当它得到一些东西时动作很快，它是否真的更快＆＃34;或正在提高你的速度。当然，在这个幻想芯片中我只能在16mhz以下，你可以将它保持为零等待状态，所以它真的更快，不一定是其他因素的两倍，但绝对快于8mhz。刚刚达到或超过16mhz虽然你的性能受到了惊人的影响，而不到16mhz。在不到32mhz的情况下，虽然它比刚刚下降得快，然后在超过32mhz的另一个等待状态设置并且再次慢得多，即使时钟基本相同等等。

然后就是获取，cpu如何实际获取，就像每个获取事务获取一堆数据的arm一样，即使它分支到0x1004并且在那个地址也不会执行所有这些数据有一个分支到0x2008核心可能从0x1000到0x100F获取0x10字节，然后提取0x1004字/指令，解码它找到它是一个分支然后从0x2000读取0x10字节。基本上读取0x20字节来查找2条指令。如果两个指令都在0x10字节，则取两个指令，如果一个处于0x100C，则另一个指令正好，另一个指令处于性能命中的0x2000处。获取此内部信息并将其应用于应用程序，并将其全部跳转，更改一行代码或添加或删除单个nop到引导程序（导致程序在地址空间中更改的对齐）可能导致从性能的微小到大的变化，交换两个辅助函数是你的程序的源代码，在文本中，一旦编译就使它们落在不同的地址空间中，在没有实际改变函数本身的情况下几乎没有主要的性能影响。

因此，在一个方面，性能首先是一个愚蠢的任务，在另一个方面，重要的是你使用在你正在使用的硬件上使用的编译器编写的程序，它的速度和它一样快通过更改编译器设置或代码或两者，您可以采取一些措施使该目标上的编译器上的代码更快。理想情况下，您构建最终的固件，性能测试，并且永远不会重新构建，就好像您构建一两年后，它可能在不同的主编译器上使用不同的编译器或编译器版本，并且所有投注都取决于性能。

你如何选择一块板，多少闪光灯，内存，功能，时钟频率。很多只是试验和错误的经验，幸运的是，你可以真正尝试数百块电路板，所有电路板都需要花费几美元到10或20块，不同的CPU架构，不同的芯片供应商等等。有很多编译器选择甚至可用的语言，基本上有太多容易获得的选择，不像当时的部件相当便宜，但你可能不得不建立自己的板，在asm编写代码，也许甚至创建自己的汇编程序等。拥有一台价值数百到数千美元的rom程序员。因此，请使用您拥有的AVR并使用其功能，使用编译器和/或写入或两者兼而有之。做实验，看看是否有获取效果。如果你有时间选择混乱那些看到会发生什么。

当然，所有这一切都始于从供应商那里阅读芯片文档。