嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
嵌入式培訓(xùn)就是嵌入式系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)。嵌入式系統(tǒng)說白了就是硬件和軟件相結(jié)合，嵌入到整機(jī)里使整機(jī)實(shí)現(xiàn)智能化的一個系統(tǒng)。下面小編整理的關(guān)于嵌入式微處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用，歡迎大家參考!
嵌入式系統(tǒng)和嵌入式微處理器
嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(OS)(要求實(shí)時和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。有時設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為;而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。
嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點(diǎn)：
1、對實(shí)時多任務(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)時間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時內(nèi)核心的執(zhí)行時間減少到最低限度。
2、具有功能很強(qiáng)的存儲區(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)錯誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲區(qū)保護(hù)功能，同時也有利于軟件診斷。
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，如需要功耗只有mW甚至μW級。
常用嵌入式處理器類型、特點(diǎn)及發(fā)展趨勢分析
自微處理器的問世以來，嵌入式系統(tǒng)得到了飛速的發(fā)展，嵌入式處理器毫無疑問是嵌入式系統(tǒng)的核心部分,嵌入式處理器直接關(guān)系到整個嵌入式系統(tǒng)的性能。通常情況下嵌入式處理器被認(rèn)為是對嵌入式系統(tǒng)中運(yùn)算和控制核心器件總的稱謂。目前世界上具有嵌入式功能特點(diǎn)的處理器已經(jīng)超過1000種，流行體系結(jié)構(gòu)包括MCU，MPU等30多個系列�；谶@些情況，本文對常用嵌入式處理器類型、特點(diǎn)以及嵌入式處理器的.發(fā)展趨勢作出分析。
一、常用嵌入式處理器類型
根據(jù)現(xiàn)狀，常用嵌入式處理器可以分為：嵌入式微處理器(MPU)、嵌入式微控制器( MCU) 、嵌入式DSP處理器、嵌入式片上系統(tǒng)、FPGA處理器等幾大類，其中更檔次的8/16/32/64位微控制器應(yīng)用最為廣泛。
1、嵌入式微處理器(MPU)
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，這樣可以大幅度的減少系統(tǒng)體積和功耗。為滿足嵌入式應(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，但是在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強(qiáng)。
嵌入式處理器目前主要有Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2、嵌入式微控制器( MCU)
嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，就是將整個計(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/計(jì)數(shù)器、看門狗、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)。
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，因此稱微控制器。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場份額。近來Atmel出產(chǎn)的Avr單片機(jī)由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機(jī)獲得更高的發(fā)展。
3、嵌入式DSP處理器
嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)
DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令算法方面進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數(shù)字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應(yīng)用。
DSP的理論算法在70年代就已經(jīng)出現(xiàn)，但是由于專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實(shí)現(xiàn)。MPU較低的處理速度無法滿足DSP的算法要求，其應(yīng)用領(lǐng)域僅僅局限于一些尖端的高科技領(lǐng)域。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運(yùn)算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。至80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生，其存儲容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。到80年代后期，DSP的運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，應(yīng)用領(lǐng)域也從上述范圍擴(kuò)大到了通信和計(jì)算機(jī)方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產(chǎn)品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。
目前最為廣泛應(yīng)用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應(yīng)用范圍。
4、嵌入式片上系統(tǒng)
嵌入式片上系統(tǒng)追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件，是目前嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的熱門話題之一。SOC最大的特點(diǎn)是成功實(shí)現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，直接在處理器片內(nèi)嵌入操作系統(tǒng)的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內(nèi)部運(yùn)用VHDL等硬件描述語言，實(shí)現(xiàn)一個復(fù)雜的系統(tǒng)。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制龐大復(fù)雜的電路板，一點(diǎn)點(diǎn)的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設(shè)計(jì)直接在器件庫中調(diào)用各種通用處理器的標(biāo)準(zhǔn)，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進(jìn)行生產(chǎn)。由于絕大部分系統(tǒng)構(gòu)件都是在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)就特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積和功耗，而且提高了系統(tǒng)的可靠性，提高了設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率。
由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，比較典型的SOC產(chǎn)品是Philips的Smart XA。少數(shù)通用系列如Siemens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。
預(yù)計(jì)不久的將來，一些大的芯片公司將通過推出成熟的、能占領(lǐng)多數(shù)市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網(wǎng)絡(luò)及系統(tǒng)邏輯等應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。
二、嵌入式處理器的特點(diǎn)
最為嵌入式系統(tǒng)的核心，嵌入式處理器擔(dān)負(fù)著控制、系統(tǒng)工作的重要任務(wù)，使宿主設(shè)備功能智能化、靈活設(shè)計(jì)和操作簡便。為合理高效的完成這些任務(wù)，一般說，嵌入式處理器具有一下特點(diǎn)：1)很強(qiáng)的實(shí)時多任務(wù)支持能力：2)存儲區(qū)保護(hù)功能;3)可擴(kuò)展的微處理器結(jié)構(gòu);4)較強(qiáng)的中斷處理能力;5)低功耗。
三、嵌入式微處理器的發(fā)展趨勢
嵌入式處理器大量應(yīng)用與PC機(jī)。嵌入式微控制器是嵌入式系統(tǒng)芯片的主流產(chǎn)品，其品種多、數(shù)量大。嵌入式微處理器的發(fā)展速度很快，嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用我們的生活的各個領(lǐng)域，例如：計(jì)算機(jī)、汽車、航天飛機(jī)等等。對于下一代微處理器 ,任何人都可以這樣預(yù)測 :集成度越來越高、主頻越來越高、機(jī)器字長越來越大、總線越來越寬、同時處理的指令條數(shù)越來越多……事實(shí)證明，二十多年來嵌入式微處理器正是按照這樣的規(guī)律向前發(fā)展的。
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