嵌入式處理器技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展(編輯修改稿)
2024-07-14 00:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 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。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP結(jié)構(gòu)低成本、低功耗技術(shù)上制造的R. E. A. L DSP處理器，特點(diǎn)是具備雙Harvard結(jié)構(gòu)和雙乘/累加單元，應(yīng)用目標(biāo)是大批量消費(fèi)類產(chǎn)品。 (System On Chip) 隨著EDI的推廣和VLSI設(shè)計(jì)的普及化，及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個(gè)硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時(shí)代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語言描述，存儲(chǔ)在器件庫中。用戶只需定義出其整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore，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一般專用于某個(gè)或某類系統(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語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)如Internet安全方面。1. 2 嵌入式處理器的體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer,CISC）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來越復(fù)雜。然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%，顯然，這種結(jié)構(gòu)不太合理?；谝陨系牟缓侠硇?，1979年，美國加州大學(xué)伯克利分校提出精簡指令集計(jì)算機(jī)(Riduced Instruction Set Computer，RISC)的概念。RISC并非只是簡單地減少指令，而是著重考慮如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡單合理從而提高運(yùn)算速度。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施開達(dá)到上述目的。雖然RISC和CISC都試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運(yùn)行、軟件、硬件、編譯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中做出某種平衡，以求達(dá)到高效，但二者采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，其中主要有：① 指令系統(tǒng) RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色，對(duì)不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在CISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效果可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令開完成特定的功能。因此，在CISC機(jī)器上處理特殊任務(wù)效率較高。② 存儲(chǔ)器操作RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡單化；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匯編語言程序編程相對(duì)簡單，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。 ⑤ CPU RISC機(jī)器的CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISC機(jī)器的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微處理器機(jī)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長。 ⑦ 用戶使用 RISC微處理器機(jī)構(gòu)簡單，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，易于實(shí)現(xiàn)特殊功能。 ⑧ 應(yīng)用范圍 由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機(jī)器更適合于專用機(jī)；而CISC機(jī)器則更適合于通用機(jī)。 當(dāng)然，和CISC架構(gòu)相比較，盡管RISC架構(gòu)有上述優(yōu)點(diǎn)，但決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就可以取代CISC架構(gòu)，事實(shí)上，RISC和CISC各有優(yōu)勢，而且界限并不是那么明顯?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，而內(nèi)部加入RISC的特征，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來的CPU發(fā)展方向之一。嵌入式微處理是用于在計(jì)算機(jī)之外的設(shè)備中提供添加的功能性的計(jì)算機(jī)芯片，它經(jīng)常用于控制和移動(dòng)。此類芯片大多數(shù)兼顧控制與計(jì)算，而且具有指令豐富、外設(shè)齊全的特點(diǎn)，是一種事務(wù)密集型的處理器。ARM處理器RICS類處理器的代表技術(shù)是ARM（Advanced RISC Machines）技術(shù)，它即使一個(gè)公司的名字，也是對(duì)一類微處理器的通稱，還是一種技術(shù)的名字。目前應(yīng)用較為廣泛的是ARM7系列核心，ARM9系列核心、ARM10系列核心。其實(shí)ARM7系列以現(xiàn)代微控制器為目標(biāo)，ARM9系列、ARM10系列和ARM11系列則多為掌上應(yīng)用與多媒體方案設(shè)計(jì)。由于可以使用較高的主頻，并且有較為合理的流水線結(jié)構(gòu)，因此，相對(duì)于嵌入式控制器，其處理能力較為突出。在ARM710TARM740T處理器中，自帶了數(shù)據(jù)高速緩存DCACHE和指令高速緩存ICACHE，大大提高了處理器的綜合能力。ARM處理器全部采用ARMV4T結(jié)構(gòu)，分為3級(jí)流水線，提高了處理器指令流執(zhí)行的速度。三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的
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