嵌入式處理器技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展-在線瀏覽
2025-08-04 00:50本頁(yè)面
【正文】 器的使用特點(diǎn)可以將其分為事務(wù)密集型和計(jì)算機(jī)密集型兩種。按照運(yùn)算數(shù)據(jù)寬度可以分為5種。 各種不同等級(jí)的嵌入式系統(tǒng)處理器用用產(chǎn)品嵌入式微處理器 應(yīng)用產(chǎn)品 4位 計(jì)算機(jī)、遙控器、充電器、隨身聽(tīng)、玩具…… 8位 電機(jī)控制器、傳真機(jī)、空調(diào)…… 16位 攝像機(jī)、錄像機(jī)、多媒體…… 32位 掌上電腦、路由器、工作站、GPS…… 64位 高性能服務(wù)器、工作站……嵌入式處理器根據(jù)面向應(yīng)用的不同特點(diǎn)可以分為以下4種：① 嵌入式微處理器（Embedded Microcontroller Unit, EMPU）② 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)③ 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) ④ 嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip) （Embedded Microcontroller Unit, EMPU）嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都作了各種增強(qiáng)。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在1塊電路板上，稱(chēng)為單板計(jì)算機(jī)，如STDBUS、PC104等。臺(tái)灣研華公司也推出了類(lèi)似的模組化系統(tǒng)SOM（System On Module）。嵌入式微處理器又可分為CISC、RISC兩類(lèi)。此外Hitachi（日立公司）也有自己的一套R(shí)ISC技術(shù)SuperH。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/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設(shè)。這樣可以使單片機(jī)最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。 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、MCS25MCS96/196/29C166/16MC68HC05/11/12/168300等。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場(chǎng)份額。TI公司亦將其TMS320C2XXX系列DSP做為MCU進(jìn)行推廣。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，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能，過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。 推動(dòng)嵌入式DSP處理器發(fā)展的另一個(gè)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(lèi)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)音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。 嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的 TMS320系列和Motorola的DSP56000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。 (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(lái)臨，這就是System On Chip(SOC)。用戶只需定義出其整個(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)體工廠制作樣品。 SOC可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)。專(zhuān)用SOC一般專(zhuān)用于某個(gè)或某類(lèi)系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。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(lái)越復(fù)雜?；谝陨系牟缓侠硇?，1979年，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)(Riduced Instruction Set Computer，RISC)的概念。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻率最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令；將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋址方式種類(lèi)減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施開(kāi)達(dá)到上述目的。因此，在CISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效果可能較低。而CISC的指令系統(tǒng)比較豐富，有專(zhuān)用指令開(kāi)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。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。 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微處理器機(jī)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。 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(zhuān)用機(jī)；而CISC機(jī)器則更適合于通用機(jī)?，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(zhǎng)指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)的CPU發(fā)展方向之一。此類(lèi)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。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。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。三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)的處理器執(zhí)行的指令分為3個(gè)指令階段：分別為取指、譯碼和執(zhí)行。正常的操作過(guò)程中，若一
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