嵌入式處理器的主要特點(diǎn).doc

嵌入式處理器的主要特點(diǎn)創(chuàng)易電子整理出品，創(chuàng)易更懂電子， http:/52/ 全系列阻容感一本全掌控。2.1嵌入式微處理器的優(yōu)點(diǎn)2.1.1 低功耗2.1.2功能豐富2.1.2其他2.2嵌入式微處理器的特點(diǎn)三 常用處理器概況3.1 處理器分類現(xiàn)狀3.1.1嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU)3.1.2 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit, MCU)3.1.3 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)3.1.4嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)3.2 處理器的主要參數(shù)3.2.1主頻3.2 處理器的緩存四 處理器比較4.1 嵌入式控制器和嵌入式處理器的比較4.2 常見處理器簡(jiǎn)介及特點(diǎn)4.2.1 ARM處理器4.2.2 MIPS4.2.3 Power PC4.2.4 X864.2.5 DSP4.3 應(yīng)用領(lǐng)域4.3.1 ARM4.3.2 MIPS4.3.3 PowerPC4.3.4 X864.3.5 DSP隨著數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地滲透到科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)、軍事技術(shù)、各類產(chǎn)業(yè)和商業(yè)文化藝術(shù)以及人們的日常生活等方方面面中。國內(nèi)外各種嵌入式產(chǎn)品進(jìn)一步開發(fā)和推廣，嵌入式技術(shù)越來越和人們的生活緊密結(jié)合。嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列，其中8051體系的占有多半。生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品，僅Philips就有近100種?，F(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，越來越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從64KB到16-32MB，處理速度從O.IMIPS到2000MIPS, 常用封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳。嵌入式開發(fā)人員面臨的主要挑戰(zhàn)是如何選擇一款最合適的處理器，既不會(huì)為了提高性能而超過預(yù)算，又不會(huì)犧牲功能特性。理想的嵌入式解決方案是： 選擇最合適的CPU、外設(shè)和接口；現(xiàn)場(chǎng)遠(yuǎn)程更新，保持競(jìng)爭(zhēng)，滿足需求的變化；不必改動(dòng)電路板設(shè)計(jì)，提升性能針對(duì)需要的功能進(jìn)行加速；避免處理器和ASSP過時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)；將多種功能在一個(gè)芯片中實(shí)現(xiàn)，降低了總成本、復(fù)雜度和功耗。市場(chǎng)上常見的主流處理器結(jié)構(gòu)有ARM，POWERPC，X86，MIPS，DSP等，本文將對(duì)這些類型處理器的綜合性能進(jìn)行比較研究。二 嵌入式處理器的主要特點(diǎn)嵌入式微處理器與普通臺(tái)式計(jì)算機(jī)的微處理器設(shè)計(jì)在基本原理上是相似的，但是工作穩(wěn)定性更高，功耗較小，對(duì)環(huán)境 (如溫度、適度、電磁場(chǎng)、振動(dòng)等)的適應(yīng)能力強(qiáng)，體積更小，且集成的功能較多。在桌面計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，對(duì)處理器進(jìn)行比較時(shí)的主要指標(biāo)就是計(jì)算速度，從33MHz主頻的386計(jì)算機(jī)到現(xiàn)在3GHz主頻的Pentium 4處理器，速度的提升是用戶最主要關(guān)心的變化，但在嵌入式領(lǐng)域，情況則完全不同。嵌入式處理器的選擇必須根據(jù)設(shè)計(jì)的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業(yè)考慮等等諸多因素之中進(jìn)行折中，擇優(yōu)選擇。2.1嵌入式微處理器的優(yōu)點(diǎn)2.1.1 低功耗低功耗是嵌入式處理器的重要特點(diǎn)之一，反之也正是嵌入式系統(tǒng)廣泛的應(yīng)用需求促進(jìn)了低功耗處理器技術(shù)的不斷發(fā)展。為降低微處理器的能耗，一方面可以采用更新的技術(shù)工藝生產(chǎn)更小工藝尺寸的芯片，從而通過降低芯片的工作電壓來降低功耗:另一方面是采用低功耗的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如ARM系列的處理器; 或者改進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)，減小芯片中每個(gè)CMOS單元的漏電流:此外還可以通過讓芯片內(nèi)暫時(shí)不用的功能部件休眠或關(guān)閉以降低總體的能量消耗?，F(xiàn)在一些常見的用于移動(dòng)設(shè)備的嵌入式微處理器的功耗一般都在瓦以下 (臺(tái)式計(jì)算機(jī)中的CPU往往是幾十瓦甚至100瓦以上) ，而且許多嵌入式微處理器都具備動(dòng)態(tài)電壓改變的能力，可以在負(fù)載較低的情況下降低電壓工作，甚至進(jìn)入休眠狀態(tài)，減少能耗，延長(zhǎng)設(shè)備持續(xù)工作時(shí)間。2.1.2功能豐富功能豐富是嵌入式處理器的另一個(gè)重要特點(diǎn)。PC機(jī)平臺(tái)上處理器都要通過北橋和南橋芯片與計(jì)算機(jī)中其他部件相連，但在嵌入式系統(tǒng)中，許多外設(shè)控制器都被直接集成在芯片內(nèi)部，這樣不但縮小了電路板的面積，節(jié)約了成本，而且提高了系統(tǒng)的可靠性。將多種外圍設(shè)備控制器 (如串口、以太網(wǎng)控制器、LCD控制器等) 以及部分存儲(chǔ)系統(tǒng) (如Cache, SRAM, DRAM. EEPROM.Flash) 集成在芯片內(nèi)部，由于在芯片內(nèi)部可以很容易地實(shí)現(xiàn)更寬的總線，因此這樣的集成設(shè)計(jì)還可以在一定程度上提高系統(tǒng)的性能。2.1.2其他此外，性能、封裝形式、成本、供貨周期、技術(shù)支持力度等因素也對(duì)嵌入式處理的選擇具有重要影響。2.2嵌入式微處理器的特點(diǎn)l 、對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。2、 具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。3、可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。4、 嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此級(jí)。三 常用處理器概況嵌入式處理器的應(yīng)用主要包括兩個(gè)部分，一部分是工業(yè)應(yīng)用，比如:自動(dòng)化流水線、核電站的自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)及應(yīng)急處理等，這部分對(duì)處理器的實(shí)時(shí)響應(yīng)、穩(wěn)定性的要求一般來說比較高.另一部分是生活應(yīng)用，比如:智能手機(jī)、PDA、信息家電和個(gè)人汽車上的自動(dòng)控制等，無處不用到嵌入式處理器，它們對(duì)處理器的性能要求也越來越高。因此，如何評(píng)估嵌入式處理器的性能是一個(gè)重要的課題。3.1 處理器分類現(xiàn)狀嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，目前據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30幾個(gè)系列，其中8051體系的占有多半。生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品，僅Philips就有近100種。現(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，越來越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從64kB到16MB，處理速度從0.1 MIPS到2000 MIPS，常用封裝從8個(gè)引腳到144個(gè)引腳。根據(jù)其現(xiàn)狀，嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面幾類。 3.1.1嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。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做了各種增強(qiáng)。 和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術(shù)保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)。如STD-BUS、PC104等。近年來，德國、日本的一些公司又開發(fā)出了類似“火柴盒”式名片大小的嵌入式計(jì)算機(jī)系列OEM產(chǎn)品。 嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。3.1.2 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，顧名思義，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/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)。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。 和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)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。 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8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70的市場(chǎng)份額。 特別值得注意的是近年來提供X86微處理器的著名廠商AMD公司，將Am186CC/CH/CU等嵌入式處理器稱之為Microcontroller, MOTOROLA公司把以Power PC為基礎(chǔ)的PPC505和PPC555亦列入單片機(jī)行列。TI公司亦將其TMS320C2XXX系列DSP做為MCU進(jìn)行推廣。 3.1.3 嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) DSP處理器對(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，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，過渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來源，一是DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000 /C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Infineon (Siemens) TRICOR。 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)類產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，帶有加解密算法的鍵盤， ADSL 接入、實(shí)時(shí)語音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。這類智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP 處理器的長(zhǎng)處所在。 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。 TMS320系列處理器包括用于控制的 C2000系列，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。另外PHILIPS公司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。 3.1.4嵌入式片上系統(tǒng)(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(jiǎn)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的TriCore，Motorola的M-Core，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。3.2 處理器的主要參數(shù)3.2.1主頻主頻，就是CPU的時(shí)鐘頻率，簡(jiǎn)單說是CPU運(yùn)算時(shí)的工作頻率（1秒內(nèi)發(fā)生的同步脈沖數(shù)）的簡(jiǎn)稱。單位是Hz。它決定計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，主頻由過去MHZ發(fā)展到了現(xiàn)在的GHZ（1G=1024M）。通常來講，在同系列微處理器，主頻越高就代表計(jì)算機(jī)的速度也越快，但對(duì)與不同類型的處理器，它就只能作為一個(gè)參數(shù)來作參考。另外CPU的運(yùn)算速度還要看CPU的流水線的各方面的性能指標(biāo)。由于主頻并不直接代表運(yùn)算速度，所以在一定情況下，很可能會(huì)出現(xiàn)主頻較高的CPU實(shí)際運(yùn)算速度較低的現(xiàn)象。因此主頻僅僅是CPU性能表現(xiàn)的一個(gè)方面，而不代表CPU的整體性能。說到處理器主頻，就要提到與之密切相關(guān)的兩個(gè)概念：倍頻與外頻，外頻是CPU的基準(zhǔn)頻率，單位也是MHz。外頻是CPU與主板之間同步運(yùn)行的速度，而且目前的絕大部分電腦系統(tǒng)中外頻也是內(nèi)存與主板之間的同步運(yùn)行的速度，在這種方式下，可以理解為CPU的外頻直接與內(nèi)存相連通，實(shí)現(xiàn)兩者間的同步運(yùn)行狀態(tài)；倍頻即主頻與外頻之比的倍數(shù)。主頻、外頻、倍頻，其關(guān)系式：主頻外頻倍頻。早期的CPU并沒有“倍頻”這個(gè)概念，那時(shí)主頻和系統(tǒng)總線的速度是一樣的。隨著技術(shù)的發(fā)展，CPU速度越來越快，內(nèi)存、硬盤等配件逐漸跟不上CPU的速度了，而倍頻的出現(xiàn)解決了這個(gè)問題，它可使內(nèi)存等部件仍然工作在相對(duì)較低的系統(tǒng)總線頻率下，而CPU的主頻可以通過倍頻來無限提升 (理論上)。我們可以把外頻看作是機(jī)器內(nèi)的一條生產(chǎn)線，而倍頻則是生產(chǎn)線的條數(shù)，一臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)速度的快慢 (主頻) 自然就是生產(chǎn)線的速度 (外頻) 乘以生產(chǎn)線的條數(shù) (倍頻) 了。3.2 處理器的緩存? 緩存 (Cache)大小是CPU的重要指標(biāo)之一，其結(jié)構(gòu)與大小對(duì)CPU速度的影響非常大。簡(jiǎn)單地講，緩存就是用來存儲(chǔ)一些常用或即將用到的數(shù)據(jù)或指令，當(dāng)需要這些數(shù)據(jù)或指令的時(shí)候直接從緩存中讀取，這樣比到內(nèi)存甚至硬盤中讀取要快得多，能夠大幅度提升CPU的處理速度。? 所謂處理器緩存，通常指的是二級(jí)高速緩存，或外部高速緩存。即高速緩沖存儲(chǔ)器，是位于CPU和主存儲(chǔ)器DRAM (Dynamic RAM) 之間的規(guī)模較小的但速度很高的存儲(chǔ)器，通常由SRAM（靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）組成。用來存放那些被CPU頻繁使用的數(shù)據(jù)，以便使CPU不必依賴于速度較慢的DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器）。L2高速緩存一直都屬于速度極快而價(jià)格也相當(dāng)昂貴的一類內(nèi)存，稱為SRAM (靜態(tài)RAM) ，SRAM (Static RAM) 是靜態(tài)存儲(chǔ)器的英文縮寫。由于SRAM采用了與制作CPU相同的半導(dǎo)體工藝，因此與動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器DRAM比較，SRAM的存取速度快，但體積較大，價(jià)格很高。?處理器緩存的基本思想是用少量的SRAM作為CPU與DRAM存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的緩沖區(qū)，即Cache系統(tǒng)。80486以及更高檔微處理器的一個(gè)顯著特點(diǎn)是處理器芯片內(nèi)集成了SRAM作為Cache，由于這些Cache裝在芯片內(nèi)，因此稱為片內(nèi)Cache。486芯片內(nèi)Cache的容量通常為8K。高檔芯片如Pentium為16KB，Power PC可達(dá)32KB。Pentium微處理器進(jìn)一步改進(jìn)片內(nèi)Cache，采用數(shù)據(jù)和雙通道Cache技術(shù)，相對(duì)而言，片內(nèi)Cache的容量不大，但是非常靈活、方便，極大地提高了微處理器的性能。片內(nèi)Cache也稱為一級(jí)Cache。由于486，586等高檔處理器的時(shí)鐘頻率很高，一旦出現(xiàn)一級(jí)Cache未命中的情況，性能將明顯惡化。在這種情況下采用的辦法是在處理器芯片之外再加Cache，稱為二級(jí)Cache。二級(jí)Cache實(shí)際上是CPU和主存之間的真正緩沖。由于系統(tǒng)板上的響應(yīng)時(shí)間遠(yuǎn)低于CPU的速度，如果沒有二級(jí)Cache就不可能達(dá)到486，586等高檔處理器的理想速度。二級(jí)Cache的容量通常應(yīng)比一級(jí)Cache大一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。在系統(tǒng)設(shè)置中，常要求用戶確定二級(jí)Cache是否安裝及尺寸大小等。二級(jí)Cache的大小一般為128KB、256KB或512KB。在486以上檔次的微機(jī)中，普遍采用256KB或512KB同步Cache。所謂同步是指Cache和CPU采用了相同的時(shí)鐘周期，以相同的速度同步工作。相對(duì)于異步Cache，性能可提高30%以上。四 處理器比較4.1 嵌入式控制器和嵌入式處理器的比較單片機(jī)是指一個(gè)集成在一塊芯片上的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。盡管他的大部分功能集成在一塊小芯片上，但是它具有一個(gè)完整計(jì)算機(jī)所需要的大部分部件：CPU、內(nèi)存、內(nèi)部和外部總線系統(tǒng)，目前大部分還會(huì)具有外存。同時(shí)集成諸如通訊接口、定時(shí)器，實(shí)時(shí)時(shí)鐘等外圍設(shè)備。而現(xiàn)在最強(qiáng)大的單片機(jī)系統(tǒng)甚至可以將聲音、圖像、網(wǎng)絡(luò)、復(fù)雜的輸入輸出系統(tǒng)集成在一塊芯片上。單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可。用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影！和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)工業(yè)的主流。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱為微控制器。4.2 常見處理器簡(jiǎn)介及特點(diǎn)4.2.1 ARM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，即我們通常所說的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼像機(jī)、GPS、個(gè)人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：1、體積小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高；6、指令長(zhǎng)度固定；4.2.2 MIPSMIPS技術(shù)公司是是美國著名的芯片設(shè)計(jì)公司，采用精簡(jiǎn)指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來設(shè)計(jì)芯片，它設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位。1984年，MIPS計(jì)算機(jī)公司成立。1992年，SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司。1998年，MIPS脫離SGI，成為MIPS技術(shù)公司。 MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器” (Microprocessor without interlocked piped stages) ，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。MIPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念比較先進(jìn)，其指令系統(tǒng)經(jīng)過通用處理器指令體系MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV到MIPS V，嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發(fā)展已經(jīng)十分成熟。在設(shè)計(jì)理念上MIPS強(qiáng)調(diào)軟硬件協(xié)同提高性能，同時(shí)簡(jiǎn)化硬件設(shè)計(jì)。和英特爾采用的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(CISC)相比，RISC具有設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)周期更短等優(yōu)點(diǎn)，并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)更快的下一代處理器。MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一，新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強(qiáng)大的功能。4.2.3 Power PC二十世紀(jì)九十年代，IBM(國際商用機(jī)器公司)、Apple（蘋果公司）和Motorola（摩托羅拉）公司開發(fā)PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。PowerPC 體系結(jié)構(gòu)規(guī)范（PowerPC Architecture Specification）發(fā)布于 1993 年，它是一個(gè) 64 位規(guī)范 ( 也包含 32 位子集 )。幾乎所有常規(guī)可用的 PowerPC（除了新型號(hào) IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高端服務(wù)器）都是 32 位的4.2.4 X86x86是一個(gè)Intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫,也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合,X與處理器沒有任何關(guān)系，它是一個(gè)對(duì)所有*86系統(tǒng)的簡(jiǎn)單的通配符定義，例如：i386, 586,奔騰(Pentium)。由于早期Intel的CPU編號(hào)都是如8086,80286來編號(hào),由于這整個(gè)系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86來標(biāo)識(shí)所使用的指令集合如今的奔騰,P2,P4,賽揚(yáng)系列都是支持X86指令系統(tǒng)的,所以都屬于X86家族。x86以無可比擬的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)成為計(jì)算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。但是x86仍然基于32位技術(shù)對(duì)于高端的企業(yè)級(jí)服務(wù)器與工作站應(yīng)用無能為力。與ARM架構(gòu)的產(chǎn)品相比，嵌入式X86處理器普遍擁有高得多的性能，但功耗也高了許多，盡管依然可以維持無風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)，但根本無法用于PDA、智能手機(jī)等完全依*電池運(yùn)作的掌上計(jì)算產(chǎn)品。真正對(duì)嵌入式X86處理器產(chǎn)生需求的是網(wǎng)絡(luò)終端、瘦客戶機(jī)、廉價(jià)/低能耗型PC、家庭消費(fèi)電子產(chǎn)品、POS終端機(jī)等要求PC軟件延續(xù)性的領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)設(shè)備體積相對(duì)較大，不依*電池運(yùn)行，但要求具有較高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。2006年X86推出了首款雙核處理器。4.2.5 DSPDSP是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快1050倍。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，DSP將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。DSP是屬于Modified Harvard架構(gòu)，即它具有兩條內(nèi)部總線：數(shù)據(jù)總線、程序總線。程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開，各有獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，取址和讀數(shù)可以同時(shí)進(jìn)行，目前已達(dá)到90億次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒（9000MFLOPS）。它采用流水作業(yè)，每條指令的執(zhí)行劃分為取指令、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等若干步驟，由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成。相當(dāng)于多條指令并行執(zhí)行，從而大大提高了運(yùn)算速度。乘法指令在單周期內(nèi)完成，優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等算法中的大量重復(fù)乘法。采用循環(huán)尋址（Circular addressing），位倒序（bit-reversed）等特殊指令使FFT、卷積等運(yùn)算中的尋址、排序及計(jì)算速度大大提高。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間已小于1s。具有獨(dú)立的DMA總線和控制器，有一組或多組獨(dú)立的DMA總線，與CPU的程序、數(shù)據(jù)總線并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達(dá)800Mbyte/s以上。多處理