Atmel AVR

AVR分为六大家族系列：

• tinyAVR — ATtiny系列
  • 0.5～16kB的程序内存
  • 6～32管脚封装
  • 有限的外围设备集合

• megaAVR — ATmega系列
  • 4～512kB的程序内存
  • 28～100管脚封装
  • 扩展指令集（乘法指令和管理更大容量的程序内存管理指令）
  • 更多的外围设备集合

• XMEGA — ATxmega系列
  • 16～384kB程序内存
  • 44～64～100管脚封装（A4、A3、A1）
  • 扩展性能特性，像是DMA、『事件系统』、以及加密支持
  • 更多外围设备集，包含模拟数字转换器（ADC）

• Application-specific AVR — 面向特殊应用的AVR
  • 基于megaAVR搭载其它AVR家族系列上所没有的特殊的功能，例如LCD控制器、USB控制器、 高端PWM、CAN等等

• FPSLIC (AVR with FPGA) — 载于FPGA上的AVR内核
  • FPGA 5K 至 40K 个逻辑门
  • AVR代码使用SRAM，和其它AVR系列不同
  • AVR内核可以运作于最高50MHz的时脉速率上[5]

• 32-bit AVRs — 32比特AVR

2006年Atmel发布新的基于32比特的AVR32架构之单片机。新架构包含单指令流多数据流运算（SIMD）和数字信号处理器（DSP）指令，以及其他音频视频处理功能。这个32比特的设备家族系列将与ARM架构的处理器形成竞争。尽管指令集和其它精简指令集的中央处理内核相似，但与原来的AVR架构和其它ARM内核是不兼容的。

闪存、电子抹除式可复写唯读内存（EEPROM）、以及静态随机访问内存（SRAM）都内置于一颗芯片上，在大部分应用中尽可能无需外部内存。一些设备拥有并列的外部总线选择以允许加入额外的数据内存或内存映射设备。几乎所有的设备（除最小规模TinyAVR芯片以外）拥有串列总线，可以用来连接更大的串列EEPROM或闪存。

程序指令被存储于非易失性的闪存上。尽管单片机只有8比特，但每指令可以访问1至2个16比特的字节。

程序内存的容量大小常用于设备命名（如ATmega64x产品线拥有64KB的闪存，ATmega32x产品线拥有32KB的闪存）

不支持扩充程序内存，所有由AVR内核运行的代码皆需要保存于内部的内存。然而AT94 FPSLIC AVR/FPGA芯片没有这种限制。

数据寻址空间由寄存器文件、输出/输入寄存器、和SRAM组成。

Atmel ATxmega128A1，100管脚TQFP封装

AVR拥有32个的寄存器，分别为( R0 到 R31 )并被归类为8比特RISC设备。

在大部分AVR架构上，工作寄存器被映射为首位的32个内存地址（0000₁₆–001F₁₆）接着是64个输出/输入（I/O）寄存器（0020₁₆–005F₁₆）。

实际上SRAM是在这些寄存器分段（寻址为0060₁₆）后打开。（注意输出/输入寄存器空间在一些扩展设备上或许更大，使得加载内存映射I/O寄存器将占用一部分SRAM的寻址空间）

虽然有这些分开的寻址解决方案和优化的寄存器文件和I/O寄存器访问操作码，但它们全部都可以被加以处理和操作，就像它们都在SRAM上。

在XMEGA系列上，工作寄存器文件并没有映射到数据寻址空间上；正因为如此，不能将XMEGA的工作寄存器像是在SRAM上那样对待。作为替代，I/O寄存器被映射到数据寻址空间内非常靠前的位置上。另外，数据寻址空间中用作I/O寄存器的总数上大幅增加，容量达到4096字节（0000₁₆–0FFF₁₆）。然而，正如前代产品一样，快速I/O操作指令只可到达首先的64个I/O寄存器位置（首位的32个位置是给比特运算指令使用的）。往后的I/O寄存器，XMEGA系列预留了一个4096比特宽度地址空间范围，可被选作将内置EEPROM映射至数据寻址空间上（1000₁₆–1FFF₁₆）。实际可用的SRAM位于这些被占用的寻址空间以后，从2000₁₆开始。

几乎所有的AVR单片机都拥有内置的EEPROM，用来提供半永久的数据存储。和闪存一样，EEPROM可在断电以后维持其内存储的数据。

在大部分的AVR架构中，内部EEPROM内存并没有映射到微控制单元的可寻址内存空间上。它只可和插件的外围设备一样使用特别的指针寄存器和读/写指令来访问，这使得EEPROM的访问速度要比其它内置的随机访问内存（RAM）要慢不少。

然而，某些SecureAVR（AT90SC）家族系列的设备[6]使用了一种特殊的EEPROM根据相关配置设置映射至数据或程序内存。XMEGA家族系列也允许EEPROM映射至西辽寻址空间上。

因EEPROM的擦写次数不是无限的——Atmel的技术细明规格表上标明是100,000次擦写周期——一个设计精良的EEPROM擦写常进程应比较EEPROM地址上的内容和请求写入的内容并在需要进行改变的位置处才真正运行写入操作。

注意，在很多情况下擦除和写入是分开运行的，以字节为单位进行，这有助于延长其使用寿命，因比特仅需全被设置为『1』（擦除）或选择性地置『0』（写入）。

Atmel的AVR内核拥有二阶单级管线设计。这意味着处理器可以在运行现在的指令同时将下一个指令读取。绝大部分的指令运行仅需一到两个时钟周期，使AVR内核在众多8比特单片机中是最快的。

AVR内核被设计为能够高效运行经编译的C语言程序，还内置了数个指针指令与之相适配。

AVR指令集系统相比其它大多数的比特单片机的，正交指令集要多出不少，尤其是AVR当下的竞争对手英特尔8051以及其仿制品和PIC单片机。然而，这不完全是固定的：

• 指针寄存器 R26 至R31 是X、Y和Z拥有的寻址能力，彼此是不同的
• 寄存器位置R0至R15和寄存器R16至R31拥有不同的寻址能力
• 输出/输入端口0～31和端口32至63拥有不同的寻址能力
• 当SER不影响标志时CLR会影响标志，即使它们是互补指令。CLR设置所有比特为「零」而SER指令则设置所有比特为「一」。（注意，CLR指令是EOR R, R的虚假操作；SER指令是LDI R,$FF的短指令。数学运算时当遇到搬移/加载/存储/分支，像是EOR会变更标志而像是LDI的则不会）
• 读取存储在程序内存（快闪型）的唯独数据时要用到特殊的LPM指令；闪存总线会为指令内存保留。

此外，一些芯片差异会影响代码的生成。代码指针（包括在堆栈上的返回地址）在芯片上是两个字节长度以及有高达128KB的闪存，但在一些更大的芯片上变成3个字节长度;并不是所有的芯片都有硬件乘法器；拥有超过8KB闪存的芯片拥有分支和附带更大范围的传唤指令；或者四者都有。

通常的规则指令集使得可直接使用C（或者甚至Ada）编译器来对AVR进行编程。GCC也在离目前相当长的时间以前就支持包括AVR在内的多种单片机，而且还被广泛使用。事实上，Atmel也从为小型单片机用的编译器的主要开发者当中征集并导入他们的作品。以确定高端编程语言编译器中最常用的指令集特性。

AVR系列可以很好地支持0～20MHz的时脉，某些设备更达到32MHz。更低功耗的作业一般需要一个较低的时脉。所有最近的AVR设备（Tiny、Mega、以及Xmega，但90年代的产品除外）有内置石英振荡器、可以不需要外置时钟或震荡器电路。一些AVR设备还有一个系统时钟预定标器，提升系统时钟至1024。这个预定标器可以被软件运行时重新配置，允许对时脉进行优化作业。

因所有在寄存器R0至R31地址的运算作业仅需一个时脉，AVR可以拥有每兆赫（MHz）最高每秒一百万指令（MIPS），换言之一颗8MHz的AVR处理器拥有8MIPS的性能。从内存加载和保存数据需要两个时脉，分支也需要两个时脉。在一些较新的『3字节PC』上，像是ATmega2560的设备，分支操作会比之前的设备慢上一个时脉。

Atmel STK500 开发板

AVR由于开发工具可轻易免费或低价获得，包括一些合适价格的开发板设备和免费的开发软件，而拥有庞大的开发群体。AVR也以众多不同的名义贩售，但它们都使用相同的基本内核，只是周边设备和内存的搭配不一样。每个系列的不同芯片之间的兼容性相当好，尽管输出输入控制器的搭配会有所不同。

更多可参见#外部链接一节中与AVR开发的相关站点。

高电压平行编程（High voltage parallel programming，HVPP）是作为『最后手段』来使用，亦可能是以坏熔丝设置修复AVR芯片的唯一方法。

大部分的AVR型号可以保留一个开机引导程序区域，有256字节至4KB的大小，可保存多次编程的代码。在复位后，首先运行bootloader，然后终止一些用户运行的程序，当需要重新变成或跳转至主程序时。在任何界面可用时，代码便可以进行重新编程，像PXE（预启动运行环境）一样，通过以太网适配器能读取加密处理的二进制数据。Atmel有关于许多总线接口的应用程序注释及源码。[7][8][9][10]

AT90SC系列的AVR芯片可以使用原厂掩模ROM而不使用闪存来作为程序内存。[11] 因为在大批量生产基于AVR的特定功能控制器时，比起在开发阶段使用价格较高的闪存，在生产阶段使用掩模ROM可以有效提高成本效益。

aWire是一种新的单线调试界面，可用于新版UC3L AVR32设备上。