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嵌入式处理器的各种类别介绍

2016-07-01 11:21:45

[导读] 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作了各种增强。

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作了各种增强。

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1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“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列OEM产品。

嵌入式微处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。

嵌入式控制器(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1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、定时器/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash、EEPR-OM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、MC68HC 05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列,如支持USB接口的MCU8XC930/931、C54O、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Aml86CC/CH /CU等嵌入式处理器称为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TMS320C-2XXX系列DSP作为MCU进行推广。

嵌入式DSP处理器(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应用正在从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2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公司的TMS320C2000/C5000等属于此范畴;二是在通用单片机或SoC中增加I)SP协处理器,例如Intel公司的MCS-296和Siemens公司的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 TI公司的TMS320系列和Motorola公司的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公司也推出了基于可重构嵌入式DSP结构低成本、低功耗技术制造的R.E.A.L DSP处理器,特点是具备双Harvard结构和双乘/累加单元,应用目标是消费类产品。

嵌入式片上系统(SoC)

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1个硅片上实现更为复杂系统的时代已来临,这就是SoC.各种通用处理器内核将作为SoC设计公司的标准库,和许多其他嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中的标准器件,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可集成到1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2类。通用系列包括Siemens公司的TriCore、Motorola公司的M-Core、某些 ARM系列器件、Echelon公司和Motoro-la公司联合研制的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。

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