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嵌入式处理器的主要特点
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过预算,又不会牺牲功能特性。理想的嵌入式解决方案是: 选择最合适的CPU、外设和接口;现场远程更新,保持竞争,满足需求的变化;不必改动电路板设计,提升性能——针对需要的功能进行加速;避免处理器和ASSP过时的风险;将多种功能在一个芯片中实现,降低了总成本、复杂度和功耗。
市场上常见的主流处理器结构有ARM,POWERPC,X86,MIPS,DSP等,本文将对这些类型处理器的综合性能进行比较研究。
二 嵌入式处理器的主要特点
嵌入式微处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的,但是工作稳定性更高,功耗较小,对环境 (如温度、适度、电磁场、振动等)的适应能力强,体积更小,且集成的功能较多。在桌面计算机领域,对处理器进行比较时的主要指标就是计算速度,从33MHz主频的386计算机到现在3GHz主频的Pentium 4处理器,速度的提升是用户最主要关心的变化,但在嵌入式领域,情况则完全不同。嵌入式处理器的选择必须根据设计的需求,在性能、功耗、功能、尺寸和封装形式、SoC程度、成本、商业考虑等等诸多因素之中进行折中,择优选择。
2.1嵌入式微处理器的优点
2.1.1 低功耗
低功耗是嵌入式处理器的重要特点之一,反之也正是嵌入式系统广泛的应用需求促进了低功耗处理器技术的不断发展。为降低微处理器的能耗,一方面可以采用更新的技术工艺生产更小工艺尺寸的芯片,从而通过降低芯片的工作电压来降低功耗:另一方面是采用低功耗的体系结构设计,如ARM系列的处理器; 或者改进半导体技术,减小芯片中每个CMOS单元的漏电流:此外还可以通过让芯片内暂时不用的功能部件休眠或关闭以降低总体的能量消耗。现在一些常见的用于移动设备的嵌入式微处理器的功耗一般都在瓦以下 (台式计算机中的CPU往往是几十瓦甚至100瓦以上) ,而且许多嵌入式微处理器都具备动态电压改变的能力,可以在负载较低的情况下降低电压工作,甚至进入休眠状态,减少能耗,延长设备持续工作时间。
2.1.2功能丰富
功能丰富是嵌入式处理器的另一个重要特点。PC机平台上处理器都要通过北桥和南桥芯片与计算机中其他部件相连,但在嵌入式系统中,许多外设控制器都被直接集成在芯片内部,这样不但缩小了电路板的面积,节约了成本,而且提高了系统的可靠性。将多种外围设备控制器 (如串口、以太网控制器、LCD控制器等) 以及部分存储系统 (如Cache, SRAM, DRAM. EEPROM.Flash) 集成在芯片内部,由于在芯片内部可以很容易地实现更宽的总线,因此这样的集成设计还可以在一定程度上提高系统的性能。
2.1.2其他
此外,性能、封装形式、成本、供货周期、技术支持力度等因素也对嵌入式处理的选择具有重要影响。
2.2嵌入式微处理器的特点
l 、对实时多任务有很强的支持能力,能完成多任务并且有较短的中断响应时间,从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
2、 具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化,而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。
3、可扩展的处理器结构,以能最迅速地开展出满足应用的最高性能的嵌入式微处理器。
4、 嵌入式微处理器必须功耗很低,尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此级。
三 常用处理器概况
嵌入式处理器的应用主要包括两个部分,一部分是工业应用,比如:自动化流水线、核电站的自动报警系统及应急处理等,这部分对处理器的实时响应、稳定性的要求一般来说比较高.另一部分是生活应用,比如:智能手机、PDA、信息家电和个人汽车上的自动控制等,无处不用到嵌入式处理器,它们对处理器的性能要求也越来越高。因此,如何评估嵌入式处理器的性能是一个重要的课题。
3.1 处理器分类现状
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,目前据不完全统计,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16MB,处理速度从0.1 MIPS到2000 MIPS,常用封装从8个引脚到144个引脚。根据其现状,嵌入式计算机可以分成下面几类。 |