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发信人: iris (秋风), 信区: Embeded_system
标  题: 专题之三：AMD嵌入式微处理器及其应用开发环境
发信站: 哈工大紫丁香 (2001年05月16日11:17:17 星期三), 站内信件

★专题之三：AMD嵌入式微处理器及其应用开发环境★

    韩天宇

    业界需求
    对于如何选择嵌入式微处理器平台,不同的嵌入式系统设计师会有不同的要求。如对
电信系统工程师而言,由于产品开发周期和产品寿命较长,因此他们比较喜欢稳定的、能
长期供货的、有成熟的开发工具并有众多程序员的处理器,一个成熟且广泛使用,并且向
上兼容的处理器结构最具吸引力;而对设计Internet网络产品的工程师,由于产品升级换
代比较快,因此他们比较注重较短的开发周期以及在整个产品系列中是否有一个统一的架
构。
    尽管没有一种结构的嵌入式处理器能满足不同设计师的所有要求,但x86看来是最接
近的。由于在性能价格比、开发的难度、开发周期、完整的系列、软件的兼容性以及长
期的供货保障等方面的优势,因此x86正受到越来越多的嵌入式系统设计师的青睐。

    性能价格比
    x86结构主宰全球庞大的PC市场已达10年之久。近年来,由于PC处理器市场的竞争越
来越激烈,因此x86处理器开始迅速向嵌入式市场迁移。从90年代初起,PC微处理器供应商
之间的竞争使得x86 CPU的价格不断下跌,达到对嵌入式系统设计者非常有吸引力的程度
。如随着386、486等相继退出PC市场,它们的价格在几年之内飞速下降。
    竞争还促使x86供应商不断在最先进的深亚微米工艺技术、装备先进的硅片工厂、新
的封装技术、更好的开发工具以及结构的革新(芯片组、总线、存储器等,如PCI、USB、
1394、AGP、SDRAM等)方面进行大量投资。这些投资导致了更短的开发周期,更先进的微
结构,更小的芯片面积,更高的时钟频率,以及更低的功耗。总之,PC工业已经对x86"赞助
"了15年以上的时间,为x86处理器、芯片组、封装及编译器等充当着"试验田"的角色。所
有这一切都需要上百万美元的投资,而嵌入式工业本身却很难提供这些投资。结果,x86的
产品和技术都经过了大量的使用和彻底的调试,被众多领先的开发工具的供应商所支持,
可以用于嵌入式系统而不需额外的开发成本。

    开发的容易性和开发周期
    在嵌入式系统设计中,软件开发是最费时、费力的。由于在PC上的广泛应用,基于x86
的微处理器有很多成熟、高效、便宜的现成软件,众多开发工具厂商也提供了很多x86的
软硬件开发工具。
    通过采用高质量的开发工具,系统开发商可以减少开发成本,缩短开发周期。现在,软
件工程师越来越意识到高质量(但又买得起)的开发工具对项目的成功至关重要。
    最好的软件工具往往是基于最广泛使用的处理器,而成功的处理器往往也得益于开发
工具的不断改进。由于受到PC市场成功的鼓舞以及客户需求的牵引,开发工具的供应商不
断在x86开发工具的研制上投资。
    由于编译器的优劣直接影响到CPU的性能,因此开发工具的供应商也在不断加强x86编
译器的性能。实际上,现在x86处理器能提供和RISC相当的性能很大程度上得益于编译器
效率的提高。此外,调试器的进步也使软件工程师的工作轻松了许多。由于缩短了调试的
周期,因此缩短了整个产品的开发周期。x86架构具有多种可互换的调试器,可以和不同的
编译器、仿真器以及实时操作系统配合使用。
    x86受到众多BIOS厂家的支持。目前,市场上有许多卓越的支持嵌入式x86处理器的高
度模块化的实时操作系统。X86还是运行Microsoft操作系统(包括Windows CE、Windows
95、Windows NT以及MS-DOS)的最佳平台。
    x86在PC市场的主导地位同时也为嵌入式世界带来了另一个重要的资源——大量对
x86的软硬件非常熟悉的工程师。x86还是一个非常容易学习的平台,你可以在PC上学习软
件的开发,参照PC主板的设计学习硬件结构。有关x86软硬件的书籍随处可见。这些都使
得x86成为最为广泛使用和最易理解的结构。
    因此,采用x86设计嵌入式系统,工程师不需要花很多时间学习其结构及编程,可以充
分利用大量的现成软件、众多的开发工具和BIOS及操作系统,从而能在最短的时间内完成
产品的开发。

    E86家族
    AMD的E86家族是基于x86结构的嵌入式微处理器(微控制器),由于它充分利用了x86结
构的优势,因而具有很好的性能价格比。E86家族的每个成员都使用x86指令集,所有的E86
器件都是代码兼容的。从16位到32位,从通用的微处理器到集成了整个系统的单片微控
制器,E86家族提供了完整的、不需要重写软件的升级途径。
    1. E86的16位微控制器系列
    AMD的186/188系列是高性能、高集成度的16位单片微控制器。当工作在40MHz的频率
并采用70ns的存储器时,这些世界上最快的186向您提供了386级的性能,然而价格却是186
的。
    (1) 80C186/80C188微控制器——入门级的186产品
    最高工作频率25MHz。除了186的核之外,片上还带有:
    ·3个16位的定时/计数器;
    ·2通道的DMA控制器;
    ·中断控制器(5个外部中断、5个内部中断);
    ·可编程的片选信号。
    (2) Am186EM/Am188EM微控制器——更高的性能、更高的集成度
    最高工作频率40MHz。与80C186/80C188相比,增强了以下功能:
    ·锁相环电路(CPU可工作在和晶振同样的频率);
    ·非复用的地址总线(对存储器速度要求降低);
    ·1个同步串口;
    ·1个异步串口;
    ·最多32个可编程的I/O;
    ·6个外部中断和7个内部中断。
    (3) Am186ER/Am188ER微控制器——更高的性能和片内RAM
    最高工作频率50MHz。与Am186EM/Am188EM相比:
    ·片内集成了32Kbyte的SRAM;
    ·3.3V工作电压(更低的功耗),I/O仍与TTL电平兼容;
    ·增强的锁相环电路,CPU可工作在4倍于晶振的频率。
    (4) Am186ES/Am188ES微控制器——更高的性能,增强的串口功能
    最高工作频率40MHz。与Am186EM/Am188EM相比:
    ·取消了同步串口,增强了1个异步串口;
    ·增加了一个看门狗定时器;
    ·脉冲宽度解调功能;
    ·对串口进行DMA操作;
    ·8个外部中断与8个内部中断。
    (5) Am186ED微控制器——更高的性能,片内带有DRAM控制器
    最高工作频率40MHz。与 Am186ES相比:
    ·片内集成DRAM控制器(系统可以采用DRAM,降低系统成本);
    ·可编程的总线宽度(8位/16位地址总线宽度可设),因而不需要Am188ED。
    (6) Am186CC通信控制器——更高的性能,片内带有通信专用接口电路
    最高工作频率50MHz。与Am186ED相比:
    ·片内带有4路HDLC控制器,每路都有独立的时隙分配单元;物理接口支持DCE、PCM总
线和GCI(IOM-2);协议支持HDLC、SDLC、LAPB、LAPD、PPP、V.110和V.120;
    ·1个USB控制器;
    ·1个高速异步串口(最高波特率达460K);
    ·1个普通异步串口(最高波特率115K);
    ·1个同步串口;
    ·8通道的Smart DMA;
    ·4通道普通DMA;
    ·最多48个可编程I/O;
    ·3.3V工作电压,I/O仍与TTL电平兼容;
    ·增强的锁相环电路,CPU可工作在4倍于晶振的频率。
    2. E86的32位微控制器系列
    Elan系列32位微控制器将PC中的CPU和芯片组集成在一起,并集成了功耗管理单元和
一些用于移动设备的接口电路,为嵌入式工程师提供了单片的PC系统。
    (1) ElanSC300/ElanSC310微控制器
    片内集成了:
    ·Am386 CPU,25/33MHz工作频率;
    ·移动设备接口电路,包括功耗管理单元、锁相环时钟发生器、双PCMCIA控制器、
LCD图形控制器;
    ·存储器控制器(ROM/Flash/SRAM/DRAM)、实时时钟、1个8254定时/计数器、2个
8259中断控制器、2个8237 DMA控制器、1个串口和1个并口;
    ·16位ISA总线或局部总线。
    (2) ElanSC400/ElanSC410微控制器
    片内集成了:
    ·Am486 CPU(带有8Kbyte Cache),33/66/100MHz工作频率;
    ·移动设备接口电路:包括功耗管理单元、锁相环时钟发生器、双PCMCIA控制器、
LCD图形控制器、IrDA红外接口、矩阵扫描键盘控制器;
    ·存储器控制器(ROM/Flash/SRAM/DRAM):实时时钟、1个8254定时/计数器、2个8259
中断控制器、2个8237 DMA控制器、1个串口和1个并口;
    ·16位ISA总线;
    ·32位VL局部总线。

    开发环境
    采用AMD的E86微处理器/微控制器,主要有以下几种开发方式:
    (1) 采用硬件仿真器
    支持E86的仿真器有Applied Microsystem、Beacon、Microtek等公司的产品。这些
硬件仿真器往往都包含了Compiler、Linker、Locator、Debugger等工具,一般都比较昂
贵。
    (2) 采用软件开发工具
    由于x86结构是工业标准,且E86家族的微控制器集成度都比较高,因此用它们构成系
统硬件的难度不是很大。相对来说,比较多的工作是在软件上。调试软件的工作可以通过
串口来进行(前提是CPU和存储器以及一个串口能正常工作):在Eprom或Flash中先写入一
个监控程序,系统通过串口和微机连通后,在微机里的软件开发工具就可以通过串口把程
序下载到目标系统中,并控制其单步、断点等运行,访问、修改寄存器、存储器等。一般
软件开发工具都可以进行源程序级(C或汇编)的调试。
    在支持E86家族的软件开发工具中,有的只包括Locator和Debugger,如Paradigm、
Beacon等公司的产品,客户可以用自己的编译器(如Microsoft C、Borland C、Visual C等
);有的包括从Compiler、Linker、Locator到Debugger的全套工具,如CAD-UL公司的产品
;有的除全套开发工具之外,还带有一个实时操作系统,如Microtec(VRTX实时操作系统和
XRAY调试器,X86 实模式和保护模式)、ATI(Nucleus实时操作系统,X86 实模式和保护模
式)和ISI(pSOS实时操作系统,X86 保护模式)等公司的产品。
    AMD从事嵌入式处理器的业务已经有近20年的历史,对嵌入式应用的需求有着深刻的
理解。作为一家为PC市场提供Windows兼容x86微处理器的厂商,AMD充分利用其在PC市场
的技术、先进的亚微米工艺技术以及强大的生产能力来满足嵌入式系统设计师对性能价
格比的要求。近几年来,AMD在16位和32位产品上不断改进,通过提高性能和集成度,推出
了一系列新产品。有些还集成了针对特定应用(如通信)的专用接口。将来,AMD还会不断
将经过PC市场考验的、更高性能的x86内核用于嵌入式市场,进一步满足客户的需求。


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