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?,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0.1MIPS到 2000MIPS,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:
一、 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。
嵌入式微處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
二、 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、FlashRAM、 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MCU8XC930/931、 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。
三、 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)用正在從通用單片機(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Siemens的TriCore。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TexasInstruments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公司今年也推出了基于可重置度朧? SP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。
四、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。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 SmartXA,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。
淺析嵌入式處理器的種類
時(shí)間:2010-09-29
導(dǎo)語: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。
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