嵌入式微處理器結構與應用

　　嵌入式培訓就是嵌入式系統相關(guān)技術(shù)的培訓。嵌入式系統說(shuō)白了就是硬件和軟件相結合，嵌入到整機里使整機實(shí)現智能化的一個(gè)系統。下面小編整理的關(guān)于嵌入式微處理器結構與應用，歡迎大家參考!

　　嵌入式系統和嵌入式微處理器

　　嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件(OS)(要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應用程序編程。有時(shí)設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著(zhù)系統的運作和行為;而操作系統控制著(zhù)應用程序編程與硬件的交互作用。

　　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。

　　常用嵌入式處理器類(lèi)型、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢分析

　　自微處理器的問(wèn)世以來(lái)，嵌入式系統得到了飛速的發(fā)展，嵌入式處理器毫無(wú)疑問(wèn)是嵌入式系統的核心部分,嵌入式處理器直接關(guān)系到整個(gè)嵌入式系統的性能。通常情況下嵌入式處理器被認為是對嵌入式系統中運算和控制核心器件總的稱(chēng)謂。目前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過(guò)1000種，流行體系結構包括MCU，MPU等30多個(gè)系列�；�于這些情況，本文對常用嵌入式處理器類(lèi)型、特點(diǎn)以及嵌入式處理器的發(fā)展趨勢作出分析。

　　一、常用嵌入式處理器類(lèi)型

　　根據現狀，常用嵌入式處理器可以分為：嵌入式微處理器(MPU)、嵌入式微控制器( MCU) 、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統、FPGA處理器等幾大類(lèi)，其中更檔次的8/16/32/64位微控制器應用最為廣泛。

　　1、嵌入式微處理器(MPU)

　　嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專(zhuān)門(mén)設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度的減少系統體積和功耗。為滿(mǎn)足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但是在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。

　　嵌入式處理器目前主要有Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。

　　2、嵌入式微控制器( MCU)

　　嵌入式微控制器又稱(chēng)單片機，就是將整個(gè)計算機系統集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一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、看門(mén)狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM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，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。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，因此稱(chēng)微控制器。目前MCU占嵌入式系統約70%的市場(chǎng)份額。近來(lái)Atmel出產(chǎn)的Avr單片機由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性?xún)r(jià)比，勢必將推動(dòng)單片機獲得更高的發(fā)展。

　　3、嵌入式DSP處理器

　　嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

　　DSP處理器是專(zhuān)門(mén)用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進(jìn)行了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令的執行速度。在數字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規模的應用。

　　DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現，但是由于專(zhuān)門(mén)的DSP處理器還未出現，所以這種理論算法只能通過(guò)MPU等由分立元件實(shí)現。MPU較低的處理速度無(wú)法滿(mǎn)足DSP的算法要求，其應用領(lǐng)域僅僅局限于一些尖端的高科技領(lǐng)域。隨著(zhù)大規模集成電路技術(shù)發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語(yǔ)音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。至80年代中期，隨著(zhù)CMOS技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語(yǔ)音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎。到80年代后期，DSP的運算速度進(jìn)一步提高，應用領(lǐng)域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。

　　目前最為廣泛應用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用范圍。

　　4、嵌入式片上系統

　　嵌入式片上系統追求產(chǎn)品系統最大包容的集成器件，是目前嵌入式應用領(lǐng)域的熱門(mén)話(huà)題之一。SOC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現了軟硬件無(wú)縫結合，直接在處理器片內嵌入操作系統的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個(gè)硅片內部運用VHDL等硬件描述語(yǔ)言，實(shí)現一個(gè)復雜的系統。用戶(hù)不需要再像傳統的系統設計一樣，繪制龐大復雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使用精確的語(yǔ)言，綜合時(shí)序設計直接在器件庫中調用各種通用處理器的標準，然后通過(guò)仿真之后就可以直接交付芯片廠(chǎng)商進(jìn)行生產(chǎn)。由于絕大部分系統構件都是在系統內部，整個(gè)系統就特別簡(jiǎn)潔，不僅減小了系統的體積和功耗，而且提高了系統的可靠性，提高了設計生產(chǎn)效率。

　　由于SOC往往是專(zhuān)用的，所以大部分都不為用戶(hù)所知，比較典型的SOC產(chǎn)品是Philips的Smart XA。少數通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。

　　預計不久的將來(lái)，一些大的芯片公司將通過(guò)推出成熟的、能占領(lǐng)多數市場(chǎng)的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò )及系統邏輯等應用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。

　　二、嵌入式處理器的特點(diǎn)

　　最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)，嵌入式處理器具有一下特點(diǎn)：1)很強的實(shí)時(shí)多任務(wù)支持能力：2)存儲區保護功能;3)可擴展的微處理器結構;4)較強的中斷處理能力;5)低功耗。

　　三、嵌入式微處理器的發(fā)展趨勢

　　嵌入式處理器大量應用與PC機。嵌入式微控制器是嵌入式系統芯片的主流產(chǎn)品，其品種多、數量大。嵌入式微處理器的發(fā)展速度很快，嵌入式系統已經(jīng)廣泛地應用我們的生活的各個(gè)領(lǐng)域，例如：計算機、汽車(chē)、航天飛機等等。對于下一代微處理器 ,任何人都可以這樣預測 :集成度越來(lái)越高、主頻越來(lái)越高、機器字長(cháng)越來(lái)越大、總線(xiàn)越來(lái)越寬、同時(shí)處理的指令條數越來(lái)越多……事實(shí)證明，二十多年來(lái)嵌入式微處理器正是按照這樣的規律向前發(fā)展的。

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