【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 的功能，常通過(guò)組合指令來(lái)實(shí)現(xiàn)。而CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來(lái)完成特定的功能。 （ 2）存儲(chǔ)器操作： RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡(jiǎn)單化；而 CISC機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作直接。 （ 3）程序： RISC匯編語(yǔ)言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而 CISC匯編語(yǔ)言程序編程相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。 （ 4）中斷： RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而 CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷的。 （ 5） CPU：由于 RISC CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISC CPU包含豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。 （ 6）設(shè)計(jì)周期： RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)； CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。 （ 7）易用性： RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用； CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，實(shí)現(xiàn)特殊功能容易。 （ 8）應(yīng)用范圍： RISC機(jī)器更適合于嵌入式應(yīng)用；而 CISC機(jī)器則更適合于通用計(jì)算機(jī)。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 17 嵌入式微控制器（ Microcontroller Unit, MCU） 嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)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(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成 ROM、 RAM、總線邏輯、定時(shí)器等各種必要的功能模塊。與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(tǒng)應(yīng)用的主流。由于微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以最大限度地與應(yīng)用需求相匹配，從而減小功耗和成本。 嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括 805P51XA、 MCS25 MCS96/196/29 C166/16 MC68HC05/11/12/168300等。另外，還有許多半通用系列，如支持 USB接口的 MCU 8XC930/93C5 C541。 值得注意的是，近年來(lái)提供 X86微處理器的著名廠商 AMD公司，將Am186CC/CH/CU等嵌入式處理器也稱為 Microcontroller， Motorola公司把以Power PC為基礎(chǔ)的 PPC505和 PPC555列入單片機(jī)行列， TI公司也將其TMS320C2XXX系列 DSP作為 MCU來(lái)推廣應(yīng)用。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 18 3．嵌入式 DSP（ Embedded Digital Signal Processor, EDSP） DSP對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行 DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、 FFT、譜分析等方面， DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域。 推動(dòng)嵌入式 DSP發(fā)展的一個(gè)重要因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化。例如，各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類產(chǎn)品、生物信息識(shí)別終端、帶有加解密算法的鍵盤(pán)、 ADSL接入、實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓縮解壓系統(tǒng)、虛擬現(xiàn)實(shí)顯示，等等。這類智能化算法一般運(yùn)算量都比較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是 DSP的長(zhǎng)處所在。 嵌入式 DSP有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是 DSP經(jīng)過(guò)單片化、 EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式 DSP， TI的 TMS320C2022/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或片上系統(tǒng)（ SOC）中增加 DSP協(xié)處理器，例如 Intel的 MCS296。 嵌入式 DSP比較有代表性的產(chǎn)品是 Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的 DSP56000系列。 TMS320系列處理器包括用于控制的 C2022系列，用于移動(dòng)通信的 C5000系列，以及性能更高的 C6000和 C8000系列。 DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為 DSP56000， DSP56100， DSP56200和 DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。 DSP的設(shè)計(jì)者們把重點(diǎn)放在了處理連續(xù)的數(shù)據(jù)流上。如果嵌入式應(yīng)用中強(qiáng)調(diào)對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流的處理及高精度復(fù)雜運(yùn)算，則應(yīng)該選用 DSP器件。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 19 4．嵌入式片上系統(tǒng)（ System On Chip） 隨著 VLSI設(shè)計(jì)的普及和半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，可以在一塊硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，這就是 SOC（ System onChip）。各種通用處理器內(nèi)核和其他外圍設(shè)備都將成為 SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL等硬件描述語(yǔ)言描述。用戶只需定義出整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作芯片樣品。這樣，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分都可以集成到一塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)的電路板將變得很簡(jiǎn)潔，這將有利于減小體積和功耗，提高系統(tǒng)的可靠性。 SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括 Motorola的 MCore、某些ARM系列器件、 Echelon 和 Motorola聯(lián)合研制的 Neuron芯片等。專用 SOC一般專用于某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是 Philips的 Smart XA，它將 XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò) 2048位復(fù)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 C語(yǔ)言的專用的 SOC，可用于 Inter安全方面。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 20 ARM微處理器 ARM（ Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。 1991年 ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用 ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（ IP）核的微處理器，即通常所說(shuō)的 ARM微處理器，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。 1． ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 ? 工業(yè)控制領(lǐng)域：作為 32的 RISC架構(gòu)，基于 ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)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(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展， ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的 8位 /16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 ? 無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò) 85%的無(wú)線通訊設(shè)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。 ? 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARM技術(shù)的 ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。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(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 ? 消費(fèi)類電子產(chǎn)品： ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。 ? 成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用 ARM技術(shù)。手機(jī)中的 32位 SIM智能卡也采用了 ARM技術(shù)。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 21 2． ARM微處理器的特點(diǎn)，采用 RISC架構(gòu)的 ARM微處理器具有如下特點(diǎn)： ? 體積小、低功耗、低成本、高性能； ? 支持 Thumb（ 16位） /ARM（ 32位）雙指令集，兼容 8位 /16位器件； ? 大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； ? 大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； ? 尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高； ? 指令長(zhǎng)度固定 3． ARM微處理器系列 ? ARM7系列 ? ARM9系列 ? ARM9E系列 ? ARM10E系列 ? SecurCore系列 ? Intel的 StrongARM ? Intel的 Xscale 其中， ARM ARM ARM9E和 ARM10E為 4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。如 ARM7系列適用于工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、移動(dòng)電話等應(yīng)用； ARM ARM9E和 ARM10E系列則更適合無(wú)線設(shè)備、消費(fèi)類電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 SecurCore系列專門(mén)為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。 第 1章 嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 22 4． ARM微處理器的應(yīng)用選型 從應(yīng)用的角度出發(fā)，在選擇 ARM微處理器時(shí)所應(yīng)考慮的主要問(wèn)題有以下幾個(gè)方面。 ? ARM微處理器內(nèi)核的選擇。 從前面所介紹的內(nèi)容可知， ARM微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如果用戶希望使用 WinCE或標(biāo)準(zhǔn) Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，就需要選擇 ARM720T以上帶有 MMU（ Memory Management Unit）功能的 ARM芯片，如 ARM720T、 ARM920T、 ARM922T、 ARM946T、 StrongARM都帶有 MMU功能。 ? 系統(tǒng)的工作頻率。 系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了 ARM微處理器的處理能力。 ARM7系列微處理器的典型處理速度為 ，常見(jiàn)的 ARM7芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz~133MHz， ARM9系列微處理器的典型處理速度為 ，常見(jiàn)的ARM9的系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為 100MHz~ 233MHz， ARM10最高可以達(dá)到 700MHz。 ? 芯片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量。 大多數(shù)的 ARM微處理器片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量都不大，需要用戶在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)外擴(kuò)存儲(chǔ)器，但也有部分芯片具有相對(duì)較大的片內(nèi)存儲(chǔ)空間。 ? 片內(nèi)外圍電路的選擇。 除 ARM微處理器核以外，幾乎所有的 ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展了相關(guān)功能模塊，并