嵌入式硬件系列一:處理器介紹

1. 嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)

? ? ? 嵌入式微處理器具有體積小粟矿、重量輕凰棉、成本低、可靠性高的優(yōu)點陌粹,但是在電路板上必須包括 ROM撒犀、RAM、總線接口掏秩、各種外設(shè)等器件或舞。嵌入式微處理器可分為CISC 和RISC 兩類。在很多方面差異很大蒙幻,它們主要有:

(1) 指令系統(tǒng):RISC 設(shè)計者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上映凳,盡量使它們具有簡單高效的特色。對不常用的功能杆煞,常通過組合指令來完成魏宽。因此,在 RISC 機器上實現(xiàn)特殊功能時决乎,效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進和彌補派桩。而 CISC 計算機的指令系統(tǒng)比較豐富构诚,有專用指令來完成特定的功能。因此铆惑,處理特殊任務(wù)效率較高范嘱。

(2) 存儲器操作:RISC 對存儲器操作有限制,使控制簡單化员魏;而 CISC 機器的存儲器 操作指令多丑蛤,操作直接。

(3) 程序:RISC 匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間撕阎,實現(xiàn)特殊功能時程序復(fù)雜受裹,不易設(shè)計;而 CISC 匯編語言程序編程相對簡單虏束,科學(xué)計算及復(fù)雜操作的程序社設(shè)計相對容易棉饶,效率較高。

(4) 中斷:RISC 機器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷镇匀;而 CISC 機器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷照藻。

(5) CPU:RISC CPU 包含有較少的單元電路,因而面積小汗侵、功耗低幸缕;而 CISC CPU 包含有豐富的電路單元群发,因而功能強、面積大发乔、功耗大熟妓。

(6) 設(shè)計周期:RISC 微處理器結(jié)構(gòu)簡單,布局緊湊列疗,設(shè)計周期短滑蚯,且易于采用最新技術(shù);CISC 微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜抵栈,設(shè)計周期長告材。

(7) 用戶使用:RISC 微處理器結(jié)構(gòu)簡單,指令規(guī)整古劲,性能容易把握斥赋,易學(xué)易用;CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜产艾,功能強大疤剑,實現(xiàn)特殊功能容易。

(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)闷堡,故 RISC 機器更適合于專用機隘膘;而 CISC 機器則更適合于通用機。

2. 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

? ? ? 嵌入式微控制器又稱單片機杠览,顧名思義弯菊,就是將整個計算機系統(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)核為核心踱阿,芯片內(nèi)部集成 ROM/EPROM管钳、RAM、總線软舌、總線邏輯才漆、定時/計數(shù)器、WatchDog佛点、I/O醇滥、串行口、脈寬調(diào)制輸出恋脚、A/D腺办、D/A、Flash糟描、RAM怀喉、EEPROM 等各種必要功能模塊。

3. 嵌入式 DSP 處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

? ? ? DSP 處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進行了特殊設(shè)計船响,使其適合于執(zhí)行 DSP 算法躬拢,編譯效率 較高躲履,指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波聊闯、FFT工猜、譜分析等方面 DSP 算法正在大量進入嵌入式領(lǐng)域,DSP 應(yīng)用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn) DSP 功能菱蔬,過渡到采用嵌入式DSP 處理器篷帅。

4. 嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip)

? ? ? 隨著 VLSI 設(shè)計的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展,可以在一塊硅片上實現(xiàn)一個更為 復(fù)雜的系統(tǒng)拴泌,這就是 System On Chip(SOC)魏身。各種通用處理器內(nèi)核將作為 SOC 設(shè)計公司的標(biāo)準(zhǔn)庫,和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣蚪腐,成為 VLSI 設(shè)計中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件箭昵,用標(biāo)準(zhǔn)的 VHDL 等語言描述,存儲在器件庫中回季。用戶只需定義出整個應(yīng)用系統(tǒng)家制,仿真通過后就可以將設(shè)計圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外泡一,整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去颤殴,應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔,對于減小體積和功耗鼻忠、提高可靠性非常有利诅病。

5. 嵌入式處理器的選擇

(1) 調(diào)查市場上已有的 CPU 供應(yīng)商。

(2) 處理器的處理速度粥烁。

(3) 技術(shù)指標(biāo)。開發(fā)人員首先考慮的是蝇棉,系統(tǒng)所要求 的一些硬件能否無需過多的膠合邏輯(Glue Logic)就可以連接到處理器上讨阻。其次是考慮該處理器的一些支持芯片,如 DMA 控制器篡殷,內(nèi)存管理器钝吮,中斷控制器,串行設(shè)備板辽、時鐘等的配套奇瘦。

(4) 處理器的低功耗。

(5) 處理器的軟件支持工具劲弦。

(6) 處理器是否內(nèi)置調(diào)試工具耳标。

(7) 處理器供應(yīng)商是否提供評估板。

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