Embedded 版 (精华区)

发信人: iris (秋风), 信区: Embeded_system
标  题: 嵌入式处理器分类与现状
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月16日11:13:57 星期三), 站内信件

        嵌入式处理器分类与现状 
  
        北京塔斯金软件技术有限公司(BTS) 
        中国单片机公共实验室(BOL) 
  
        吕京建 肖海桥 
  
(http://www.bol-system.com) 
    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。  

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ROM、RAM、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-BUS、PC104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Am186/88、386EX、SC-400、
Power PC、68000、MIPS、ARM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/EPROM、RAM、
总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、
脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM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8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、
C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多
半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、
C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD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
PPC505和PPC555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，TI的TMS320C2000/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Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的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 Instruments
的 TMS320系列和Motorola的DSP56000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C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展
成为DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300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Infineon
(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器
件，Echelon和Motorola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Philips的Smart 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JAVA或C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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