嵌入式处理器
从面向特定功能的专用化分类:
通用处理器
?一种可用于不同类型应用的可编程器件
?所谓的微处理器（microprocessor）
?特性
?程序存储器
?通用的数据路径和通用ALU
?应用优势
?上市时间和NRE成本较低
?灵活性高
?X86系列处理器是最著名通用处理器
专用处理器
?对某一特定类型的应用进行优化的可编程处理器
?介于通用处理器和单用途处理器之间
?特性
?程序存储器
?优化的数据路径
?特殊的功能单元
?优点
?可以保证良好的性能、功率和大小的情况下，提供更大的灵活性
?缺点：
?需要昂贵的NRE成本来建立处理器本身及其编译器，例如DSP
单用途处理器
?用于执行特定程序的数字电路
?协处理器（coprocessor），加速器（accelerator）及外设（peripheral）
?特性
?只包含执行单一程序的所需的部件
?没有程序存储器
?优点
?执行速度快
?低功耗
?体积小
?缺点：
?设计时间与NRE成本可能较高，灵活性较低，
?从处理器的架构上分为
?CISC和RISC
?CISC：复杂指令集（Complex Instruction Set Computer）
?具有大量的指令和寻址方式，指令长度可变
?8/2原则：80%的程序只使用20%的指令
?大多数程序只使用少量的指令就能够运行。
?RISC：精简指令集（Reduced Instruction Set Computer) ?只包含最有用的指令，指令长度固定
?确保数据通道快速执行每一条指令
?使CPU硬件结构设计变得更为简单
嵌入式CPU分类 马秉镇10021170 杨张先河10021173 薛祎凡10021174 徐鑫10021176 按功能分类： 一、嵌入式微处理器 嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。 目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。 二、嵌入式微控制器 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)的典型代表是单片机，从70年代末单片机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种8位的电子器件目前在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机芯片内部集成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。 由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。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。 三、嵌入式DSP处理器 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)，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
浅谈几种常见的分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢?下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(AdvancedRISCMachines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用
约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP 的应用领域提出了挑战。
嵌入式ARM微处理器选型指南 要选好一款处理器，要考虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。微处理器选型是否得当，将决定项目成败。当然，并不是说选好微处理器，就意味着成功，因为项目的成败取决于许多因素；但可以肯定的一点是，微处理器选型不当，将会给项目带来无限的烦恼，甚至导致项目的流产。 1 嵌入式微处理器选型的考虑因素 在产品开发中，作为核心芯片的微处理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因为它的资源越丰富、自带功能越强大，产品开发周期就越短，项目成功率就越高。但是，任何一款微处理器都不可能尽善尽美，满足每个用户的需要，所以这就涉及选型的问题。 (1)应用领域 一个产品的功能、性能一旦定制下来，其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围，例如：工业控制领域产品的工作条件通常比较苛刻，因此对芯片的工作温度通常是宽温的，这样就得选择工业级的芯片，民用级的就被排除在外。目前，比较常见的应用领域分类有航天航空、通信、计算机、工业控制、医疗系统、消费电子、汽车电子等。 (2)自带资源 经常会看到或听到这样的问题：主频是多少?有无内置的以太网MAC?有多少个I／O口?自带哪些接口?支持在线仿真吗?是否支持OS，能支持哪些OS?是否有外部存储接口?……以上都涉及芯片资源的问题，微处理器自带什么样的资源是选型的一个重要考虑因素。芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。 (3)可扩展资源 硬件平台要支持OS、RAM和ROM，对资源的要求就比较高。芯片一般都有内置RAM 和ROM，但其容量一般都很小，内置512 KB就算很大了，但是运行OS一般都是兆级以上。这就要求芯片可扩展存储器。 (4)功耗 单看“功耗”是一个较为抽象的名词。这里举几个形象的例子： ①夏天使用空调时，家里的电费会猛增。这是因为空调是高功耗的家用电器，这时人们会想，“要是空调能像日光灯那样省电就好了”。 ②随身的MP3、MP4都使用电池。正当听音乐看视频时，系统因为没电自动关机，谁都会抱怨“又没电了!” ③目前手机一般使用锂电池，手机的待机和通话时间成了人们选择手机的重要指标。待机及通话时间越长，电池的使用寿命就可以提高，手机的寿命也相对提高了。 以上体现了人们对低功耗的渴求。低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。 (5)封装 常见的微处理器芯片封装主要有QFP、BGA两大类型。BGA类型的封装焊接比较麻烦，一般的小公司都不会焊，但BGA封装的芯片体积会小很多。如果产品对芯片体积要求不严格，选型时最好选择QFP封装。 (6)芯片的可延续性及技术的可继承性 目前，产品更新换代的速度很快，所以在选型时要考虑芯片的可升级性。如果是同一厂家同一内核系列的芯片，其技术可继承性就较好。应该考虑知名半导体公司，然后查询其相关产品，再作出判断。
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢?下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 基于RISC架构的ARM微处理器的特点 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
1.2.1 嵌入式处理器的分类与特点 1．嵌入式微处理器的分类 嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般把嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。 （1）嵌入式微控制器（MicroController(微控制器) Unit MCU的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了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等各种必要功能部件和外设。为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。和嵌入式微处理器相比，微控制器的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。由于MCU目前在产品的品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多的，而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。 通常，MCU可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等。而比较有代表性的半通用系列，如支持USB 接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等的众多专用MCU 和兼容系列。 （2）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU） MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的。MPU采用增强型通用微处理器。由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。但是，MPU在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的。根据实际嵌入式应用要求，将MPU装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。 和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。由MPU及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统。嵌入式处理器目前主要有AM186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MPIS、ARM系列等。 （3）嵌入式数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP） DSP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执行速度。 在数字信号处理应用中，各种数字信号处理算法很复杂，这些算法的复杂度可能是o （nm）的，甚至是NP的，一般结构的处理器无法实时的完成这些运算。由于DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于实时地进行数字信号处理。在数字滤波、fft、谱分析等方面，DSP算法正大量进入嵌入式领域，DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP 功能，过渡到采用嵌入式DSP。 嵌入式DSP处理器有两类：（1）DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI 的TMS320C2000/C5000 等属于此范畴。（2）在通用单片机或SOC 中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和infineon（siemens）的tricore。另外，在有关智
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析 The manuscript was revised on the evening of 2021
浅谈几种常见的分析 前言 随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。 (1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构) ARM微处理器的由来与发展 ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。 ARM微处理器的应用领域 ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。 1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。 2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。 3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。 4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。 5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。 基于RISC架构的ARM微处理器的特点 1、体积小、低功耗、低成本、高性能; 2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
嵌入式处理器的主要特点 创易电子整理出品，创易更懂电子， https://www.doczj.com/doc/2b13479874.html,/ 全系列阻容感一本全掌控。 2.1嵌入式微处理器的优点 2.1.1 低功耗 2.1.2功能丰富 2.1.2其他 2.2嵌入式微处理器的特点 三常用处理器概况 3.1 处理器分类现状 3.1.1嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 3.1.2 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU) 3.1.3 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 3.1.4嵌入式片上系统(System On Chip) 3.2 处理器的主要参数 3.2.1主频 3.2 处理器的缓存 四处理器比较 4.1 嵌入式控制器和嵌入式处理器的比较 4.2 常见处理器简介及特点 4.2.1 ARM处理器 4.2.2 MIPS 4.2.3 Power PC 4.2.4 X86 4.2.5 DSP 4.3 应用领域 4.3.1 ARM 4.3.2 MIPS 4.3.3 PowerPC 4.3.4 X86 4.3.5 DSP 随着数字信息技术和网络技术高速发展，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。国内外各种嵌入式产品进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，目前全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近100种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到16-32MB，处理速度从O.IMIPS到2000MIPS, 常用封装从8个引脚到144个引脚。 嵌入式开发人员面临的主要挑战是如何选择一款最合适的处理器，既不会为了提高性能而超
1 嵌入式系统概述 嵌入式系统（Embedded System ）也称嵌入式计算机系统。顾名思义，嵌入式系统是计算机的一种特殊形式，是计算机技术、通信技术、半导体技术、微电子技术、语音图像数据传输技术，甚至传感器等先进技术和具体应用对象相结合后的更新换代产品。嵌入式系统不仅和一般的PC 机上的应用系统不同，而且针对不同的具体应用而设计的嵌入式系统之间的差别也很大。嵌入式系统强调硬件和软件的协同性与整合性，软件和硬件可剪裁的，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗和应用环境等有严格要求的专用计算机系统。 嵌入式系统特别强调“量身定做”的原则，开发人员往往需要针对某一种特殊用途开发出一个截然不同的嵌入式系统，其特点如下。 （1）嵌入式系统具有应用针对性 应用针对性是嵌入式系统的一个基本特征，体现这种应用针对性的首先是软件，软件实现特定应用所需要的功能，所以嵌入式系统应用中必定配置了专用的应用程序；其次是硬件，大多数嵌入式系统的硬件是针对应用专门设计的，但也有一些标准化的嵌入式硬件模块，采用标准模块可降低开发的技术难度和风险，缩短开发时间，但灵活性不足。 （2）嵌入式系统硬件扩展能力要求不高 硬件上，嵌入式系统作为一种专用的计算机系统，其功能、机械结构、安装要求比较固定，所以一般没有或仅有较少的扩展能力；软件上，嵌入式系统往往是一个设备固定组成部分，其软件功能由设备的需求决定，在相对较长的生命周期里，一般不需要对软件进行改动。但也有一些特例，比如现在的手机，尤其是安装有嵌入式操作系统的智能手机，软件安装、升级比较灵活，但相对于桌面计算机，其软件扩展能力还是相当弱。 （3）嵌入式系统操作系统精简 在现代的通用计算机中，没有操作系统是无法想象的，而在嵌入式计算机中情况则大第 章
嵌入式操作系统及Linux 结课作业 题目嵌入式处理器的种类及其片上系统SoC 研究内容 系别信息工程系 专业电气工程及其自动化 学生姓名 学号 2012 年12 月 1 日
目录 1嵌入式处理器介绍 (1) 2 嵌入式处理器的种类 (1) 2.1嵌入式微处理器 (1) 2.2嵌入式DSP处理器 (2) 2.3嵌入式微控制器 (2) 2.4嵌入式片上系统 (3) 3嵌入式片上系统SoC 研究内容 (3) 3.1总线架构技术 (3) 3.2 IP核可复用技术 (4) 3.3 可靠性设计技术 (4) 3.4 软硬件协同设计技术 (4) 3.5 芯片综合/时序分析技术 (4) 3.6 SoC验证技术 (5) 3.7 可测性/ 可调试性设计技术 (5) 3.8 低功耗设计技术 (5) 3.9 新型电路实现技术 (5) 3.10 嵌入式软件移植/开发 (5) 4嵌入式片上系统SoC分类 (6) 4.1 CSoC 技术特点 (6) 4.2 SoPC 技术特点 (7) 4.3 ASIC SoC 技术特点 (7) 5嵌入式片上系统SoC 技术发展方向 (9) 5.1计算机学科提升SoC 技术水平 (9) 5.2 SoC推动计算机体系结构发展 (9) 5.3 SoC开创了交叉学科发展的新天地 (10) 6结束语 (11) 参考文献 (11)
嵌入式处理器的种类及其片上系统SoC 研究内容 摘要 当前在微电子及其应用领域正在发生一场前所未有的变革这场变革是由片上系统 SoC 技术研究应用和发展引起的。从技术层面看，SoC技术是超大规模集成电路发展的必然趋势和主流，它以超深亚微米VDSM （Very Deep Submicron ）工艺和知识产权IP核复用技术为支撑。 关键字 SoC，集成电路，VDSM 1嵌入式处理器介绍 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。 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。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景，很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势，其中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB，处理速度最快可以达到2000 MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不等。 2 嵌入式处理器的种类 2.1嵌入式微处理器 嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通用计算机中的CPU 演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列
第1章嵌入式系统概述 1.1 嵌入式系统简介 根据IEEE（国际电气和电子工程师协会）的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助设备、机器和车间运行的装置”（全称为devices used to control，monitor，or assist the operation of equipment，machinery）。这主要是从应用上加以定义的，由此可以看出嵌入式系统是软件和硬件的综合体，可以涵盖机械等附属装置。 目前国内一个普遍的定义：以应用为中心、以计算机技术为基础，软硬件可裁减，适于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专用计算机系统。还有另一种定义：嵌入式系统是设计完成复杂功能的硬件和软件，并使其紧密耦合在一起的计算机系统。术语“嵌入式”反映了这些系统通常是更大系统中的一个完整部分，称为嵌入的系统。两种定义的出发角度不同，前者是从技术角度来定义的，后者是从系统角度来定义的。由于嵌入式系统本身是一个外延很广的名词，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入式系统，很难给它下一个准确的定义。因此，目前通常把嵌入式系统概念的重心放在“系统”（即操作系统）上，指能够运行操作系统的软硬件综合体。总体上嵌入式系统可以划分成硬件和软件两部分，硬件一般由高性能的微处理器和外围接口电路组成，软件一般由实时操作系统和其上运行的应用软件构成，软件和硬件之间由所谓的中间层（BSP层，板级支持包）连接。 一般而言，嵌入式系统的架构可以分成4个部分：处理器、存储器、输入/输出（I/O）和软件，如图1.1所示。 图1.1 嵌入式系统的架构
1.2 嵌入式处理器 1.2.1 嵌入式处理器简介 从硬件方面讲，嵌入式系统的核心是嵌入式处理器，据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种数量已经超过1000多种，流行体系结构有30多个，其中8051体系占大多数。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips就有近100种。近年来，嵌入式微处理器的主要发展方向是小体积、高性能、低功耗，专业分工也越来越明显，出现了专业的IP（Intellectual Property Core，知识产权核）供应商，如ARM、MIPS 等，它们提供优质、高性能的嵌入式微处理器内核，由各半导体厂商生产面向各个应用领域的芯片。 嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片制造商一般都基于这些处理器核生产不同型号的芯片。一般可以将嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU）、嵌入式微控制器（MocroController Unit，MCU）、嵌入式DSP处理器（Digital Signal Processor，DSP）和嵌入式片上系统（System on Chip，SoC）。 ?嵌入式微处理器 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU，它的特征是32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相当高。为了满足嵌入式应用的特殊要求，虽然嵌入式微处理器在功能上和标准微处理器基本上是一样的，但一般在工作温度、抗电磁干扰及可靠性等方面都做了各种增强。 与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点。嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS 和ARM/StrongARM系列等。 ?嵌入式微控制器 嵌入式微控制器最典型的代表是单片机，单片机芯片内部集成了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、EEPROM等各种必要功能和外设。与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片机，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，因此称为微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、P51XA、MCS-251、MCS96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300和数目众多的ARM 芯片。目前，MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。 ?嵌入式DSP处理器 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上进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。在数字滤波、FFT、频谱分析等仪器上，DSP 获得了大规模的应用。 嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola的DSP56000
第二部分嵌入式硬件系统第2章嵌入式处理器 第2章嵌入式处理器公司简介ARM－Advanced RISC Machines ◆IP（Intellectual Property） 知识产权。硅知识产权核是用于ASIC、ASSP、PLD等当中，并且是预先设计好的电路功能模块。IP核分为软核、硬核和固核 ◆Fabless (无生产线） ◆RISC Reduced Instruction Set Computer 精简指令集计算机 ARM：RISC处理器IP核＋Fabless 相对通用处理器，嵌入式处理器有5个特点 2.1 嵌入式处理器基本特征 2.1 嵌入式处理器基本特征
2.2 嵌入式处理器的种类 2.2 嵌入式处理器的种类 总体而言，嵌入式处理器分为四大类型： 图2-1 嵌入式处理器种类 2.2 嵌入式处理器的种类 1. 嵌入式微处理器(Micro-Processor Unit， 2.2 嵌入式处理器的种类 2. 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit， ，又称为单片机 2.2 嵌入式处理器的种类 2.2 嵌入式处理器的种类 MCU种类
2.2 嵌入式处理器的种类 2.2 嵌入式处理器的种类2.2 嵌入式处理器的种类 2.2 嵌入式处理器的种类DSP典型应用 2.2 嵌入式处理器的种类 2.2 嵌入式处理器的种类
2.2 嵌入式处理器的种类 SOC优点2.2 嵌入式处理器的种类SOC种类 2.2 嵌入式处理器的种类 多核系列2.2 嵌入式处理器的种类 多核系列例：Ti的F28M3x 双子系统微控制器 图2-2 TI的F28M3x硬件结构图 2.3 典型嵌入式处理器 2.3 典型嵌入式处理器 1．8051单片机
华北水利水电大学 课程报告 课程名称:流行嵌入式处理器的功能与选型 姓名: 学号: 班级: 专业: 电子信息科学与技术 日期: 2014 6月18 日 摘要：
本文讲述了嵌入式处理器的分类和它们的特点，以及常见的各类嵌入式处理器，举例介绍某些系列处理器的功能和特点以及怎么选择合适的嵌入式处理器。 引言： 经过多年芯片产业的发展，嵌入式处理器种类近千种，最近AMD 推出两种新型嵌入式处理器，它们具有高性能低功耗的特点，适用于机顶盒、限制范围的Internet访问设备、服务器装置、小型客户机、POS终端以及电讯设备等嵌入式应用。AMD-K6-2E++处理器为嵌入式设计者提供了优异的性能、热效率和价值。其特点包括带有五个额外数字信号处理(DS P)指令的增强AMD 3Dnow!指令集以及100MHz前端总线。嵌入式处理器分为四大类：嵌入式微处理器，嵌入式微控制器，嵌入式DSP处理器，嵌入式片上系统。各类都有各自的优点。文中重点介绍了PowerPC微处理器，Intel8051，AT89C51单片机。我们要根据自己需要的特性去选择处理器，根据处理器的参数去选择最好的最合适的处理器。
嵌入式处理器的概念 嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，控制、辅助系统运行的硬件单元。嵌入式处理器的种类非常多，完全不同的体系结构就有几十种，相关的品种数量已经超过千种。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景，很多半导体制造商都大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势，其中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB，处理速度最快可以达到2000MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不。一般将嵌入式处理器分为4类，即嵌入式微控器MCU，嵌入式微处理器MPU, 嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU） 嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。嵌入式微处理器具有体积小，重量轻，成本低，可靠性高的优点。目前主要的嵌入式处理器类型有AM186/88，AM186/188386EX,PowerPC,68000,MIPS,ARM/Srong,Arm系列AM186/188386EX,PowerPC,68000,MIPS,ARM/Srong ,ARM系列 ARM微处理器内核 1）ARM微处理器包含一系列的内核结构，以适应不同的应用领域。有些简单的操作系统不需要硬件内核的MMU(Memory Management Unit，存储器管理单元)支持，在这种情况下，ARM7系列以上的微处理器都满足要求；但是，有些复杂的操作系统是需要硬件内核的MMU支持的，如果用户希望使用WinCE或标准Linux等操作系统，就需要选择ARM720T以上带有MMU功能的ARM芯片另外有些ARM微处理器内核带DSP功能，如TI(得州仪器)公司的TMS320DSC2X 就带了自己公司的C5000的DSP内核。这就增强了内核的数学运算功能和多媒
1.嵌入式系统简介 嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，可根据实际需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可靠性、成本、体积等要求的专用计算机系统。通常情况下，系统装置由嵌入式计算机系统和所应用的被控对象组成。前者是整个嵌入式系统的核心，由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统和应用软件构成；而后者则用于接收前者发出的控制、监视和管理命令，完成所规定的操作或任务。由此可见，嵌入式技术是结合计算机、电子和半导体等技术精髓，并将其具体应用到各个行业的先进新兴技术。 2. 嵌入式系统的发展与应用 如果问哪种计算机最普及，有人会说是PC机，可实际上嵌入式系统在数量上远远超过了以PC机为代表的通用计算机，只是嵌入式系统一般集成在设备内部，不象PC那样本身是一个独立的系统，配备显示器、键盘、鼠标等标准设备。人们在使用设备时，往往在意的是设备提供的功能，而忽略了在设备内部高速运转、起着核心作用的嵌入式系统，例如在用MP3欣赏音乐的时候，人们只关心音乐的音质、操控方式、系统容量、支持的音乐格式等，有多少人会关心在MP3内部发挥作用的嵌入式计算机呢？可实际上所有的功能都是内部的计算机完成的。早期计算机由电子管组成，体积庞大，主要用于完成复杂的计算任务。随着晶体管计算机的出现，尤其是集成电路在计算机中的应用，计算机体积越来越小、性能越来越强，除了数值计算外，计算机还可以实现数据采集、信息处理、自动控制等功能，将专门设计的计算机集成到传统设备中，可显著提高设备的性能。此时，一种新的计算机类型——嵌入式系统应运而生。嵌入式系统发展之初，因为计算机还是个昂贵的电子设备，所以应用仅限于军事、工业控制等成本不敏感的领域。随着微处理器技术的飞速发展，计算机集成度越来越高，在性能提高的同时，计算机也变得越来越小、越来越廉价，嵌入式系统的进入蓬勃发展时期。现代社会生活中，嵌入式系统无处不在，广泛应用在国防电子、数字家庭、工业自动化、汽车电子、医学科技、消费电子、无线通讯、电力系统等各行各业。嵌入式系统是数字化社会的技术基础，正如中科院院士沈绪榜教授所说，“计算机是认识世界的工具，而嵌入式系统则是改造世界的产物。” 图1给出的是数字手机电路的原理框图，嵌入式系统在手机里完成人机接口、信息管理、设备控制等功能，在多媒体手机中，嵌入式系统还要实现语音记录、视频记录、数码相机、音视频文件播放等多媒体功能。嵌入式系统是数字手机的核心。 图1 语音处理系统结构图 图 2 手机电路原理框图现代社会日益数字化、信息化，嵌入式系统在这样的社会中必将扮演重要的角色。如在日常生活中，将来嵌入式系统不仅存在于电视机、洗衣机、冰箱、洗衣机、手机这些设备里，甚至我们穿的鞋子、戴的帽子、穿的衣服中也装备了计算机系统。1999年，IBM提出了普适计算的概念，指得是随时随地获取信息、处理信息。普
嵌入式处理器的种类有哪些 华强北IC代购网为大家介绍了市面上主流的嵌入式处理器，想必大家都对嵌入式处理器有了相应的了解。那么嵌入式处理的种类有哪些呢？其代表产品以及特点是什么？ 一、嵌入式微处理器（MPU） 嵌入式微处理器是由通用计算机中的MCU演变而来，是目前嵌入式系统工业的主流，仍然有着极其广泛的应用。嵌入式微控制器的典型特征是具有32位以上的处理器，除了内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑等各种必要功能和外设之外，嵌入式微处理器值保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，确保以功耗实现嵌入式应用的特殊要求。 特点：需要外围扩展电路、与微控制器相比其处理能力较高，寻址能力强、型号多、通用性强。 代表产品：ARM、Intel、National。 二、嵌入式微控制器（MCU） 俗称单片机，顾名思义，就是微型版的计算机系统。嵌入式微控制器一般以某种微处理器内核为核心，芯片内部集成串行口、I/O、脉宽调制输出、总线逻辑等必要功能和外设。为了适应不同的应用需求，一般情况下一个系列的单片机具有多种衍生产品，而每种衍生产品的处理器内核都是一样的。由于微控制器的片上外设资源比较丰富，适合于简单控制系统，故称作嵌入式微控制器。 特点：功能全、单片化、体积小、功耗低。 代表产品：Intel的MCS-51/96系列、Motorola的68HCxx系列、Microchip 的PIC系列。 三、嵌入式DSP处理器（DSP） 嵌入式DSP处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其针对系统结构和指令进行了特殊设计，使其更加适合于执行DSP算法，编译效率以及指令执
行速度也得到大大提升。在数字滤波、FFT等各种数字信号仪器上DSP获得了大规模的应用。 特点：编译效率高、执行速度快、高实时性。 代表产品：TI的TMS320C2000/C5000系列、Texas Instruments的TMS320系列、Motorola的DSP5600系列。 四、嵌入式片上系统（SOC） 嵌入式片上系统是半导体工艺的发展，EDI的推广以及VLSI设计的普及化的产物。其最大的特点是，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统。与其他嵌入式系统外设一样，嵌入式片上系统成为VLSI设计中一种标准的器件，对于减小产品的体积和功耗、提高可靠性非常有利。 特点：极高的综合性、高可靠性、简洁的系统。 代表产品：Philips的Smart XA系列、Motorola的M-Core系列。
嵌入式处理器的各种类别介绍 ：一是DSP 处理器经过单片化、EMC 改造、增加片上外设，成为嵌入式DSP 处理器，TI 公司的TMS320C2000/C5000 等属于此范畴;二是在通用单片机或SoC 中增加I)SP 协处理器，例如Intel 公司的MCS-296 和Siemens 公司的TriCore.推动嵌入式DSP 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品、生物信息识别终端、带有加解密算法的 键盘、ADSL 接入、实时语音压解系统、虚拟现实显示等。这类智能化算法一 般都运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP 处理器的长处所在。 嵌入式DSP 处理器比较有代表性的产品是TI 公司的TMS320 系列和Motorola 公司的DSP56000 系列。TMS320 系列处理器包括用于控制的C2000 系列、移动通信的C5000 系列，以及性能更高的C6000 和C8000 系列。DSP56000 目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200 和 DSP56300 等几个不同系列的处理器。另外Philips 公司也推出了基于可重构嵌入式DSP 结构低成本、低功耗技术制造的R.E.A.L DSP 处理器，特点是具备双Harvard 结构和双乘/累加单元，应用目标是消费类产品。 嵌入式片上系统(SoC) 随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在1 个 硅片上实现更为复杂系统的时代已来临，这就是SoC.各种通用处理器内核将作为SoC 设计公司的标准库，和许多其他嵌入式系统外设一样，成为VLSI 设计 中的标准器件，用标准的VHDL 等语言描述，存储在器件库中。用户只需定义 整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除 个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分可集成到1 块或几块芯片中
嵌入式处理器的发展趋势 嵌入式世界是一个多姿多彩的世界。如同生物的多样性一样，嵌入式处理器也充满了多样化，尤其是信息化、数字化的今天，嵌入式处理器遍及我们能够想像到的各个角落，因此，每种处理器都有存在的理由，都有可伸展的方向。20世纪80年代中期，4/8位单片机进入了战国时代，群雄并举，Intel公司的MCS-51最具代表性，发展延续至今。20世纪90年代以后，16位、32位乃至64位微处理器及各种DSP（数字信号处理）处理器闪亮登场，迅速抢占各自的优势领地。 嵌入式系统发展到今天，处理器林林总总，千差万别。但就其主流来看，51系列单片机仍为广大嵌入式工程师所喜爱，成为许多低端控制领域的宠儿，同时也是嵌入式爱好者的入门首选；MOTOROLA的PowerPC系列在通信领域占据着主导地位，是通信产品当仁不让的核心；TI的TMS320系列DSP处理器几乎独霸了嵌入式DSP市场；而信息终端、手持产品及许多消费类产品则是ARM处理器的天下，而且其应用正以风卷残云之势渗透到IT产业的各个领域。 为什么嵌入式处理器有如此飞快的发展？原因是嵌入式产品的更新换代越来越快，无论是工业控制、通信、汽车、医疗设备，还是银行证券、家用电器，其智能化程度越来越高，对微处理器的性能、功能、处理速度要求也越来越高。以往8位、16位单片机恐怕很难满足现在用户的需求了，采用32位甚至64位芯片的嵌入式系统已经是业界的必然选择。同时技术的进步也使嵌入式系统不再高不可攀，其成本在不断下降，有些系统使用32位机其整体成本甚至比用8位机还要低，原来人们担心的技术和成本因素不再成为障碍，这也为嵌入式系统普及、应用和发展提供了有利条件。 那么，在可预见的将来，嵌入式处理器会有什么样的发展趋势呢？ 1. 32位处理器在兴起 市场的发展加速了观念的变化，观念的变化又促进了市场的发展。8位MCU市场已逐步趋向稳定，32位MPU和SoC代表着嵌入式技术的发展方向。32位处理器应用范围扩大的驱动因素主要有以下两个方面。 1）手机、数码相机、MP3播放机、PDA、游戏机等手持设备以及各种信息家电等有更高性能要求的多媒体和通信设备的推出促进了32位处理器的应用。在这些应用中，庞大的多媒体数据必然需要更大的存储空间，目前许多32位微控制器都可以使用同步SDRAM，因此可极大地降低使用更大容量数据存储器的成本。而8位微控制器一般只能使用成本较高的SRAM作为数据存储器。此外除了处理应用控制功能之外，还有需要支持因特网接入的应用。在MCU运行TCP/IP或其他通信协议的情况下，要求系统建立在RTOS 上就必然成为一种现实需求，而8位单片机难以胜任。另外有越来越多的像电视机、汽车音响及电子玩具等传统应用也与时俱进地提出数字化和“硬件软化”的要求，它们对计算性能的要求及存储器容量的需求都超出绝大多数8位微控制器能提供的范围。 2）由于IT技术发展的推动，随着高端32位CPU价格的不断下降和开发环境的成熟，促使32位嵌入式处理器日益挤压原先由8位微控制器主导的应用空间。随着32位处理器在全球范围的流行，32位的RISC 嵌入式处理器已经开始成为高中端嵌入式应用和设计的主流。此外，随着第三方的开发工具支持的不断增加，开发工具的价格在逐步降低，另一方面技术供应商在不断提高开发工具的灵活性和智能化程度，使得开发环境不断改善。 2. 处理器IP（知识产权） 为了满足多内核与SoC设计的需要，有一些厂家专门供应处理器内核的IP（也包括外设的IP），主要有16位、32位和64位，有软核与硬核之分。这一方面，ARM公司是一个非常成功的例子。多内核处理器和SoC市场发展前景广阔，我们有理由相信会有越来越多的公司提供处理器IP，也会有越来越多的组织选用这些IP。 3. 可编程处理器 可编程也是处理器的一个发展方向。许多传统的单片机公司利用片内Flash来实现现场可编程，如Atmel、Microchip等公司最先推出这类产品，现在几乎所有的8位单片机公司都推出了这种可现场编程的单片机。但这里所说的可编程是指对处理器本身的定制，即通过编程的办法现场“制造”出用户所需要的处理器。