嵌入式微处理器结构与应用

嵌入式微处理器结构与应用

　　嵌入式培训就是嵌入式系统相关技术的培训。嵌入式系统说白了就是硬件和软件相结合，嵌入到整机里使整机实现智能化的一个系统。下面小编整理的关于嵌入式微处理器结构与应用，欢迎大家参考!

　　嵌入式系统和嵌入式微处理器

　　嵌入式系统一般指非PC系统，它包括硬件和软件两部分。硬件包括处理器/微处理器、存储器及外设器件和I/O端口、图形控制器等。软件部分包括操作系统软件(OS)(要求实时和多任务操作)和应用程序编程。有时设计人员把这两种软件组合在一起。应用程序控制着系统的运作和行为;而操作系统控制着应用程序编程与硬件的交互作用。

　　嵌入式系统的核心是嵌入式微处理器。嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：

　　1、对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。

　　2、具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。

　　3、可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。

　　4、嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。

　　常用嵌入式处理器类型、特点及发展趋势分析

　　自微处理器的问世以来，嵌入式系统得到了飞速的发展，嵌入式处理器毫无疑问是嵌入式系统的核心部分,嵌入式处理器直接关系到整个嵌入式系统的性能。通常情况下嵌入式处理器被认为是对嵌入式系统中运算和控制核心器件总的称谓。目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，流行体系结构包括MCU，MPU等30多个系列。基于这些情况，本文对常用嵌入式处理器类型、特点以及嵌入式处理器的发展趋势作出分析。

　　一、常用嵌入式处理器类型

　　根据现状，常用嵌入式处理器可以分为：嵌入式微处理器(MPU)、嵌入式微控制器( MCU) 、嵌入式DSP处理器、嵌入式片上系统、FPGA处理器等几大类，其中更档次的8/16/32/64位微控制器应用最为广泛。

　　1、嵌入式微处理器(MPU)

　　嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅度的减少系统体积和功耗。为满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的，但是在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。

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

　　2、嵌入式微控制器( MCU)

　　嵌入式微控制器又称单片机，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。

　　和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从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统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。近来Atmel出产的Avr单片机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性价比，势必将推动单片机获得更高的发展。

　　3、嵌入式DSP处理器

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

　　DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。

　　DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。MPU较低的处理速度无法满足DSP的算法要求，其应用领域仅仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。其运算速度比MPU快了几十倍，在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。到80年代后期，DSP的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。90年代后，DSP发展到了第五代产品，集成度更高，使用范围也更加广阔。

　　目前最为广泛应用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。

　　4、嵌入式片上系统

　　嵌入式片上系统追求产品系统最大包容的集成器件，是目前嵌入式应用领域的热门话题之一。SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点的连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产效率。

　　由于SOC往往是专用的，所以大部分都不为用户所知，比较典型的SOC产品是Philips的Smart XA。少数通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。

　　预计不久的将来，一些大的芯片公司将通过推出成熟的、能占领多数市场的SOC芯片，一举击退竞争者。SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。

　　二、嵌入式处理器的特点

　　最为嵌入式系统的核心，嵌入式处理器担负着控制、系统工作的重要任务，使宿主设备功能智能化、灵活设计和操作简便。为合理高效的完成这些任务，一般说，嵌入式处理器具有一下特点：1)很强的实时多任务支持能力：2)存储区保护功能;3)可扩展的微处理器结构;4)较强的中断处理能力;5)低功耗。

　　三、嵌入式微处理器的发展趋势

　　嵌入式处理器大量应用与PC机。嵌入式微控制器是嵌入式系统芯片的主流产品，其品种多、数量大。嵌入式微处理器的发展速度很快，嵌入式系统已经广泛地应用我们的生活的各个领域，例如：计算机、汽车、航天飞机等等。对于下一代微处理器 ,任何人都可以这样预测 :集成度越来越高、主频越来越高、机器字长越来越大、总线越来越宽、同时处理的指令条数越来越多……事实证明，二十多年来嵌入式微处理器正是按照这样的规律向前发展的。

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