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嵌入式處理器的分類(lèi)
全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過(guò)1000多種，流行的體系結構有30多個(gè)系列�，F在幾乎每個(gè)半導體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，下面yjbys小編為大家準備了關(guān)于嵌入式處理器的分類(lèi)，歡迎閱讀。
介紹
嵌入式處理器是嵌入式系統的核心，是控制、輔助系統運行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的4位處理器，仍在大規模應用的8位單片機，到最新的受到廣泛青睞的32位，64位嵌入式CPU。
分類(lèi)
1、嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)
嵌入式處理器的基礎是通用CPU，在應用中，將微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設計的電路板上，只保留和嵌入式應應用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減少系統體積和功耗。為了滿(mǎn)足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，但是設計中需外加ROM、RAM、總線(xiàn)接口、各種外設等器件，從而降低了系統的可靠性，技術(shù)保密性也較差。
嵌入式處理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2、嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)
嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機，顧名思義，就是將整個(gè)計算機系統集成到一片芯片中。嵌入式微控制器一般以某種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線(xiàn)、總線(xiàn)邏輯、定時(shí)/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈沖調制輸出、A/D、D/A、Flash等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減少，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式微控制器是目前嵌入式系統工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，故稱(chēng)為微控制器。嵌入式微控制器目前的品種和數量最多，比較有代表性的通用系列有8051、P51XA、MCS-251/96、MC68HC05/11/16、68300等。
3、嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)
DSP處理器對系統結構和指令進(jìn)行了特殊設計，使其適合于執行DSP算法，編譯效率較高，指令執行速度快。在數字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應用正從在單片機中以普通指令實(shí)現DSP功能，過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造、增加片上外設稱(chēng)為嵌入式DSP處理器;二是在通用單片機或SOC中增加DSP協(xié)處理器。
目前嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola 的DSP56000系列。
4、嵌入式片上系統(System On Chip, SOC)
隨著(zhù)EDI的推廣、VLSI設計的普及以及半導體工藝的迅速發(fā)展，可以結合許多功能區塊，將功能做在一個(gè)芯片上而構成一個(gè)更為復雜的系統，這就是SOC。它結合了微內核，像ARM RISC、MIPS RISC、DSP或是其它的微處理器核心，外加通信接口單元，像USB、TCP/IP通信單元、GPRS通信接口、GSM通信接口、藍牙模塊等等。這樣開(kāi)發(fā)的應用系統電路板變得很簡(jiǎn)潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。
SOC分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)，通用系列包括Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件。專(zhuān)用SOC一般專(zhuān)用于某個(gè)或某類(lèi)系統中，一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的Smart XA，它將XA單片機內核和支持超過(guò)2048位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載JAVA或者C語(yǔ)言的專(zhuān)用SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。
發(fā)展歷程
嵌入式微處理器誕生于20世紀70年代末，其間經(jīng)歷了SCM、MCU、網(wǎng)絡(luò )化、軟件硬化四大發(fā)展階段。
1.SCM階段：即單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段，主要是單片微型計算機的體系結構探索階段。Zilog公司Z80等系列單片機的“單片機模式”獲得成功，走出了SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。
2.MCU階段：即嵌入式微控制器(Micro-Controller Unit，單片機)大發(fā)展階段，主要的技術(shù)方向是：為滿(mǎn)足嵌入式系統應用不斷擴展的需要，在芯片上集成了更多種類(lèi)的外圍電路與接口電路，突顯其微型化和智能化的實(shí)時(shí)控制功能。80C51微控制器是這類(lèi)產(chǎn)品的典型代表型號。
3.網(wǎng)絡(luò )化階段：隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，各個(gè)系統，不論是手持型還是固定式的嵌入式電子產(chǎn)品都希望能聯(lián)接互聯(lián)網(wǎng)。因此，網(wǎng)絡(luò )模塊集成于芯片上就成為了一個(gè)重要模塊。
4.軟件硬化階段：隨著(zhù)市場(chǎng)對CPU芯片產(chǎn)品的使用面越來(lái)越廣，對速度、性能等方面的要求越來(lái)越高，同時(shí)要求的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間越來(lái)越短，而軟件功能和系統卻越來(lái)越復雜，要求實(shí)時(shí)處理的多媒體等大型文件的處理要求越來(lái)越多(如MP3、MP4播放器、GPS導航儀等)，以及手持型數字電視飛速發(fā)展的需要，有的還需要實(shí)時(shí)在線(xiàn)快速改變邏輯功能，尤其是對低功耗的需要越來(lái)越嚴，僅僅采用軟件的方式已遠遠不能滿(mǎn)足這些市場(chǎng)發(fā)展的實(shí)際需要。同時(shí)，隨著(zhù)半導體設計和加工技術(shù)的飛速發(fā)展以及設計水平的自動(dòng)化程度的提高，極大地降低了嵌入式微處理器芯片的設計難度。為軟件硬化的普及發(fā)展帶來(lái)了極大的促進(jìn)作用。
特點(diǎn)
嵌入式微處理器與普通臺式計算機的微處理器設計在基本原理上是相似的，但是工作穩定性更高，功耗較小，對環(huán)境(如溫度、濕度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等)的適應能力強，體積更小，且集成的功能較多。在桌面計算機領(lǐng)域，對處理器進(jìn)行比較時(shí)的主要指標就是計算速度，從33MHz主頻的386計算機到3GHz主頻的Pentium 4處理器，速度的提升是用戶(hù)最主要關(guān)心的變化，但在嵌入式領(lǐng)域，情況則完全不同。嵌入式處理器的選擇必須根據設計的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業(yè)考慮等等諸多因素之中進(jìn)行折中，擇優(yōu)選擇。
嵌入式處理器做為嵌入式系統的核心，嵌入式處理器擔負著(zhù)控制、系統工作的重要任務(wù)，使宿主設備功能智能化、靈活設計和操作簡(jiǎn)便。為合理高效的完成這些任務(wù)，一般說(shuō)，嵌入式處理器具有以下特點(diǎn)：很強的實(shí)時(shí)多任務(wù)支持能力，存儲區保護功能，可擴展的微處理器結構，較強的中斷處理能力，低功耗。
嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)：
1）對實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應時(shí)間，從而使內部的代碼和實(shí)時(shí)內核心的執行時(shí)間減少到最低限度。
2）具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。
3）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開(kāi)展出滿(mǎn)足應用的最高性能的嵌入式微處理器。
4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無(wú)線(xiàn)及移動(dòng)的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。
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