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微處理器與嵌入式系統的區別
嵌入式系統(Embedded system)，是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專(zhuān)用計算機系統”。下面是小編整理的微處理器與嵌入式系統的區別，歡迎大家參考!
隨著(zhù)電子科學(xué)的不斷發(fā)展，人們開(kāi)始逐漸對數碼產(chǎn)品有了更高的需求，這就促使了信息技術(shù)的不斷發(fā)展。嵌入式系統的核心就是嵌入式處理器，它是控制、輔助嵌入式系統運行的硬件單元，其應用范圍非常的廣闊，它也具有很好的發(fā)展前景。那么，面對紛繁復雜的嵌入式處理器市場(chǎng)，我們該如何做出適合自己的選擇呢?下面小編就對市場(chǎng)上常見(jiàn)的幾種嵌入式處理器進(jìn)行比較分析，希望可以對大家有所幫助(嵌入式處理器類(lèi)型)。
(1)嵌入式ARM微處理器(嵌入式微處理器結構)
ARM微處理器的由來(lái)與發(fā)展
ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認為是一個(gè)公司的名字，也可以認為是對一類(lèi)微處理器的通稱(chēng)，還可以認為是一種技術(shù)的名字。目前，采用ARM技術(shù)知識產(chǎn)權(IP)核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM微處理器。它是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應用于嵌入式系統中�；贏(yíng)RM技術(shù)的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話(huà)、機頂盒、數碼像機、GPS、個(gè)人數字助理以及因特網(wǎng)設備等方面有了廣泛的應用。
ARM微處理器的應用領(lǐng)域
ARM微處理器是目前應用領(lǐng)域非常廣的處理器，到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應用幾乎已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)，深入到各個(gè)領(lǐng)域。
1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構，基于A(yíng)RM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應用領(lǐng)域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性?xún)r(jià)比，向傳統的8位/16位微控制器提出了挑戰。
2、無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線(xiàn)通訊設備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。
3、網(wǎng)絡(luò )應用：隨著(zhù)寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語(yǔ)音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領(lǐng)域提出了挑戰。
4、消費類(lèi)電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。
5、成像和安全產(chǎn)品：現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。
基于RISC架構的ARM微處理器的特點(diǎn)
1、體積小、低功耗、低成本、高性能;
2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
3、大量使用寄存器，指令執行速度更快;
4、大多數數據操作都在寄存器中完成;
5、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執行效率高;
6、指令長(cháng)度固定;
(2)嵌入式MIPS處理器
MIPS處理器的發(fā)展概述
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無(wú)內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages) ，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線(xiàn)中的數據相關(guān)問(wèn)題。MIPS技術(shù)公司是是美國著(zhù)名的芯片設計公司，采用精簡(jiǎn)指令系統計算結構(RISC)來(lái)設計芯片，它設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠(chǎng)商，在RISC處理器方面占有重要地位。
MIPS的系統結構及設計理念比較先進(jìn)，其指令系統經(jīng)過(guò)通用處理器指令體系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV，嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發(fā)展已經(jīng)十分成熟。
在設計理念上MIPS強調軟硬件協(xié)同提高性能，同時(shí)簡(jiǎn)化硬件設計。和英特爾采用的復雜指令系統計算結構(CISC)相比，RISC具有設計更簡(jiǎn)單、設計周期更短等優(yōu)點(diǎn)，并可以應用更多先進(jìn)的技術(shù)，開(kāi)發(fā)更快的下一代處理器。
MIPS是出現最早的商業(yè)RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來(lái)MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。
MIPS處理器的應用
MIPS在通用方面，MIPSR系列微處理器用于構建SGI的高性能工作站、服務(wù)器和超級計算機系統。在嵌入式方面，MIPSK系列微處理器是目前僅次于A(yíng)RM的用得最多的處理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的處理器)，其應用領(lǐng)域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個(gè)方面。
(3)PowerPC
PowerPC體系結構規范(PowerPCArchitectureSpecification)是在二十世紀九十年代，由IBM(國際商用機器公司)、Apple(蘋(píng)果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開(kāi)發(fā)的芯片，并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。
PowerPC架構的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。它是一個(gè)64位規范(也包含32位子集)。幾乎所有常規可用的PowerPC(除了新型號IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端服務(wù)器)都是32位的。
PowerPC市場(chǎng)占有率不是很高，但在通信系統的控制和管理中用得很多。
(4)嵌入式X86處理器
x86是一個(gè)Intel通用計算機系列的標準編號縮寫(xiě),也標識一套通用的計算機指令集合,X與處理器沒(méi)有任何關(guān)系，它是一個(gè)對所有*86系統的簡(jiǎn)單的通配符定義，例如：i386,586,奔騰(Pentium)。由于早期Intel的CPU編號都是如8086,80286來(lái)編號,由于這整個(gè)系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86來(lái)標識所使用的指令集合如今的奔騰,P2,P4,賽揚系列都是支持X86指令系統的,所以都屬于X86家族。
x86以無(wú)可比擬的性能價(jià)格比優(yōu)勢成為計算平臺的標準。但是x86仍然基于32位技術(shù)——對于高端的企業(yè)級服務(wù)器與工作站應用無(wú)能為力。與ARM架構的產(chǎn)品相比，嵌入式X86處理器普遍擁有高得多的性能，但功耗也高了許多，盡管依然可以維持無(wú)風(fēng)扇運行狀態(tài)，但根本無(wú)法用于PDA、智能手機等完全依*電池運作的掌上計算產(chǎn)品。真正對嵌入式X86處理器產(chǎn)生需求的是網(wǎng)絡(luò )終端、瘦客戶(hù)機、廉價(jià)/低能耗型PC、家庭消費電子產(chǎn)品、POS終端機等要求PC軟件延續性的領(lǐng)域，對應設備體積相對較大，不依*電池運行，但要求具有較高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。2006年X86推出了首款雙核處理器。
X86和ARM、MIPS相比，X86架構的嵌入式處理器應用范圍要狹窄一些。它主要應用于桌面端和低端服務(wù)器處理器。
(5)嵌入式DSP處理器
DSP是在模擬信號變換成數字信號以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專(zhuān)用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10～50倍。在當今的數字化時(shí)代背景下，DSP己成為通信、計算機、消費類(lèi)電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎器件。業(yè)內人士預言，DSP將是未來(lái)集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。
DSP是屬于ModifiedHarvard架構，即它具有兩條內部總線(xiàn)：數據總線(xiàn)、程序總線(xiàn)。程序與數據存儲空間分開(kāi)，各有獨立的地址總線(xiàn)和數據總線(xiàn)，取址和讀數可以同時(shí)進(jìn)行，目前已達到90億次浮點(diǎn)運算/秒(9000MFLOPS)。它采用流水作業(yè)，每條指令的執行劃分為取指令、譯碼、取數、執行等若干步驟，由片內多個(gè)功能單元分別完成。相當于多條指令并行執行，從而大大提高了運算速度。乘法指令在單周期內完成，優(yōu)化卷積、數字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運算等算法中的大量重復乘法。采用循環(huán)尋址(Circularaddressing)位倒序，(bit-reversed)等特殊指令使FFT、卷積等運算中的尋址、排序及計算速度大大提高。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間已小于1μs。具有獨立的DMA總線(xiàn)和控制器，有一組或多組獨立的DMA總線(xiàn)，與CPU的程序、數據總線(xiàn)并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達800Mbyte/s以上。多處理器接口。使多個(gè)處理器可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。
DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造、增加片上外設，或在通用單片機或SOC中增加DSP協(xié)處理器，從而發(fā)展成為嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)，推動(dòng)嵌入式DSP處理器發(fā)展的因素主要是嵌入式系統的智能化。目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半導體廠(chǎng)商在這一領(lǐng)域擁有很強的實(shí)力。
DSP通用DSP的主要市場(chǎng)在于通信應用，而嵌入式DSP則主要應用于消費電子產(chǎn)品，比如DVD播放器和刻錄機、機頂盒、音視頻接收設備、MP3播放器和數碼相機等。但是，WLAN、DSL和線(xiàn)纜寬帶網(wǎng)絡(luò )等通信芯片也帶有嵌入式DSP。
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。
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