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嵌入式处理器分类现状

 
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嵌入式处理器分类现状

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64kB16MB,处理速度从0.1 MIPS2000 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。

嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)

嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的母板功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。

和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点,但是在电路板上必须包括ROMRAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统的可靠性,技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机。如STD-BUSPC104等。近年来,德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列OEM产品。

嵌入式处理器目前主要有Am186/88386EXSC-400Power PC68000MIPSARM系列等。

嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式微控制器又称单片机,顾名思义,就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心,芯片内部集成ROM/EPROMRAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDogI/O、串行口、脉宽调制输出、A/DD/AFlash RAMEEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求,一般一个系列的单片机具有多种衍生产品,每种衍生产品的处理器内核都是一样的,不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配,功能不多不少,从而减少功耗和成本。

和嵌入式微处理器相比,微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从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统工业的主流。微控制器的片上外设资源一般比较丰富,适合于控制,因此称微控制器。

嵌入式微控制器目前的品种和数量最多,比较有代表性的通用系列包括8051P51XAMCS-251MCS-96/196/296C166/167MC68HC<chsdate w:st="on" year="2005" month="11" day="12" islunardate="False" isrocdate="False">05/11/12</chsdate>/1668300等。另外还有许多半通用系列如:支持USB接口的MCU 8XC930/931C540C541;支持I2CCAN-BusLCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。

特别值得注意的是近年来提供X86微处理器的著名厂商AMD公司,将Am186CC/CH/CU等嵌入式处理器称之为Microcontroller, MOTOROLA公司把以Power PC为基础的PPC505PPC555亦列入单片机行列。TI公司亦将其TMS320C2XXX系列DSP做为MCU进行推广。

嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合于执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域,DSP应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能,过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个发展来源,一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器,TITMS<chmetcnv w:st="on" unitname="C" sourcevalue="320" hasspace="False" negative="False" numbertype="1" tcsc="0">320C</chmetcnv>2000 /C5000等属于此范畴;二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器,例如IntelMCS-296Infineon(Siemens)TriCore

推动嵌入式DSP处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化,例如各种带有智能逻辑的消费类产品,生物信息识别终端,带有加解密算法的键盘, ADSL 接入、实时语音压解系统,虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较大,特别是向量运算、指针线性寻址等较多,而这些正是DSP 处理器的长处所在。

嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是Texas InstrumentsTMS320系列和MotorolaDSP56000 系列。 TMS320系列处理器包括用于控制的 C2000系列,移动通信的C5000系列,以及性能更高的C6000C8000系列。DSP56000目前已经发展成为DSP56000DSP56100DSP56200DSP56300等几个不同系列的处理器。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术上制造的R. E. A. L DSP处理器,特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是大批量消费类产品。

嵌入式片上系统(System On Chip)

随着EDI的推广和VLSI设计的普及化,及半导体工艺的迅速发展,在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临,这就是System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库,和许多其它嵌入式系统外设一样,成为 VLSI设计中一种标准的器件,用标准的 VHDL等语言描述,存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外,整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去,应用系统电路板将变得很简洁,对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。

SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括InfineonTriCoreMotorolaM-Core,某些ARM系列器件,EchelonMotorola联合研制的Neuron芯片等。专用SOC一般专用于某个或某类系统中,不为一般用户所知。一个有代表性的产品是PhilipsSmart XA,它将XA单片机内核和支持超过2048 位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上,形成一个可加载JAVAC语言的专用的SOC,可用于公众互联网如Internet安全方面。

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