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<HTML><HEAD><TITLE>嵌入式系统综述之二</TITLE>
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<META content="Haiqiao Xiao" name=Author></HEAD>
<BODY aLink=#ff0000 bgColor=#ccffff link=#0000ee text=#000000
vLink=#551a8b><B><I><FONT face=宋体>嵌入式系统综述之二</FONT></I></B>
<CENTER><B><FONT face=黑体><FONT size=+2>嵌入式处理器分类与现状</FONT></FONT></B></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体> </FONT></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体>北京塔斯金软件技术有限公司(BTS)</FONT></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体>中国单片机公共实验室(BOL)</FONT></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体> </FONT></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体>吕京建 肖海桥</FONT></CENTER>
<CENTER><FONT face=楷体,宋体> </FONT></CENTER>
<CENTER><FONT
face="Arial Rounded MT Bold">(http://www.bol-system.com)</FONT></CENTER>
<P><FONT face=宋体>
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</FONT>1000<FONT
face=宋体>多种，流行体系结构有</FONT>30<FONT face=宋体>几个系列，其中</FONT>8051<FONT
face=宋体>体系的占有多半。生产</FONT>8051<FONT face=宋体>单片机的半导体厂家有</FONT>20<FONT
face=宋体>多个，共</FONT>350<FONT face=宋体>多种衍生产品，仅</FONT>Philips<FONT
face=宋体>就有近</FONT>100<FONT
face=宋体>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</FONT>64kB<FONT
face=宋体>到</FONT>16MB<FONT face=宋体>，处理速度从</FONT>0.1 MIPS<FONT
face=宋体>到</FONT>2000 MIPS<FONT face=宋体>，常用封装从</FONT>8<FONT
face=宋体>个引脚到</FONT>144<FONT face=宋体>个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下面几类。</FONT>
<P><B><FONT size=+1><FONT face=宋体>嵌入式微处理器</FONT>(Embedded Microprocessor Unit,
EMPU)</FONT></B>
<P><FONT face=宋体> 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的</FONT>CPU<FONT
face=宋体>。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。</FONT>
<P><FONT face=宋体>
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</FONT>ROM<FONT
face=宋体>、</FONT>RAM<FONT
face=宋体>、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</FONT>STD-BUS<FONT
face=宋体>、</FONT>PC104<FONT
face=宋体>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</FONT>OEM<FONT
face=宋体>产品。</FONT>
<P><FONT face=宋体> 嵌入式处理器目前主要有</FONT>Am186/88<FONT
face=宋体>、</FONT>386EX<FONT face=宋体>、</FONT>SC-400<FONT face=宋体>、</FONT>Power
PC<FONT face=宋体>、</FONT>68000<FONT face=宋体>、</FONT>MIPS<FONT
face=宋体>、</FONT>ARM<FONT face=宋体>系列等。</FONT>
<P><B><FONT size=+1><FONT face=宋体>嵌入式微控制器</FONT>(Microcontroller Unit,
MCU)</FONT></B>
<P><FONT face=宋体>
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</FONT>ROM/EPROM<FONT
face=宋体>、</FONT>RAM<FONT face=宋体>、总线、总线逻辑、定时</FONT>/<FONT
face=宋体>计数器、</FONT>WatchDog<FONT face=宋体>、</FONT>I/O<FONT
face=宋体>、串行口、脉宽调制输出、</FONT>A/D<FONT face=宋体>、</FONT>D/A<FONT
face=宋体>、</FONT>Flash RAM<FONT face=宋体>、</FONT>EEPROM<FONT
face=宋体>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。</FONT>
<P><FONT face=宋体>
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。</FONT>
<P><FONT face=宋体>
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</FONT>8051<FONT face=宋体>、</FONT>P51XA<FONT
face=宋体>、</FONT>MCS-251<FONT face=宋体>、</FONT>MCS-96/196/296<FONT
face=宋体>、</FONT>C166/167<FONT face=宋体>、</FONT>MC68HC05/11/12/16<FONT
face=宋体>、</FONT>68300<FONT face=宋体>等。另外还有许多半通用系列如：支持</FONT>USB<FONT
face=宋体>接口的</FONT>MCU 8XC930/931<FONT face=宋体>、</FONT>C540<FONT
face=宋体>、</FONT>C541<FONT face=宋体>；支持</FONT>I<SUP>2</SUP>C<FONT
face=宋体>、</FONT>CAN-Bus<FONT face=宋体>、</FONT>LCD<FONT
face=宋体>及众多专用</FONT>MCU<FONT face=宋体>和兼容系列。目前</FONT>MCU<FONT
face=宋体>占嵌入式系统约</FONT>70<FONT face=宋体>％的市场份额。</FONT>
<P><FONT face=宋体> 特别值得注意的是近年来提供</FONT>X86<FONT
face=宋体>微处理器的著名厂商</FONT>AMD<FONT face=宋体>公司，将</FONT>Am186CC/CH/CU<FONT
face=宋体>等嵌入式处理器称之为</FONT>Microcontroller, MOTOROLA<FONT face=宋体>公司把以</FONT>Power
PC<FONT face=宋体>为基础的</FONT>PPC505<FONT face=宋体>和</FONT>PPC555<FONT
face=宋体>亦列入单片机行列。</FONT>TI<FONT face=宋体>公司亦将其</FONT>TMS320C2XXX<FONT
face=宋体>系列</FONT>DSP<FONT face=宋体>做为</FONT>MCU<FONT face=宋体>进行推广。</FONT>
<P><B><FONT size=+1><FONT face=宋体>嵌入式</FONT>DSP<FONT face=宋体>处理器</FONT>(Embedded
Digital Signal Processor, EDSP)</FONT></B>
<P> DSP<FONT face=宋体>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</FONT>DSP<FONT
face=宋体>算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、</FONT>FFT<FONT face=宋体>、谱分析等方面</FONT>DSP<FONT
face=宋体>算法正在大量进入嵌入式领域，</FONT>DSP<FONT face=宋体>应用正从在通用单片机中以普通指令实现</FONT>DSP<FONT
face=宋体>功能，过渡到采用嵌入式</FONT>DSP<FONT face=宋体>处理器。嵌入式</FONT>DSP<FONT
face=宋体>处理器有两个发展来源，一是</FONT>DSP<FONT face=宋体>处理器经过单片化、</FONT>EMC<FONT
face=宋体>改造、增加片上外设成为嵌入式</FONT>DSP<FONT face=宋体>处理器，</FONT>TI<FONT
face=宋体>的</FONT>TMS320C2000/C5000<FONT face=宋体>等属于此范畴；二是在通用单片机或</FONT>SOC<FONT
face=宋体>中增加</FONT>DSP<FONT face=宋体>协处理器，例如</FONT>Intel<FONT
face=宋体>的</FONT>MCS-296<FONT face=宋体>和Infineon(</FONT>Siemens)<FONT
face=宋体>的</FONT>TriCore<FONT face=宋体>。</FONT>
<P><FONT face=宋体> 推动嵌入式</FONT>DSP<FONT
face=宋体>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，</FONT>ADSL<FONT
face=宋体>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</FONT>DSP<FONT
face=宋体>处理器的长处所在。</FONT>
<P><FONT face=宋体> 嵌入式</FONT>DSP<FONT
face=宋体>处理器比较有代表性的产品是</FONT>Texas Instruments<FONT face=宋体>的</FONT> TMS320<FONT
face=宋体>系列和</FONT>Motorola<FONT face=宋体>的</FONT>DSP56000<FONT
face=宋体>系列。</FONT>TMS320<FONT face=宋体>系列处理器包括用于控制的</FONT>C2000<FONT
face=宋体>系列，移动通信的</FONT>C5000<FONT face=宋体>系列，以及性能更高的</FONT>C6000<FONT
face=宋体>和</FONT>C8000<FONT face=宋体>系列。</FONT>DSP56000<FONT
face=宋体>目前已经发展成为</FONT>DSP56000<FONT face=宋体>，</FONT>DSP56100<FONT
face=宋体>，</FONT>DSP56200<FONT face=宋体>和</FONT>DSP56300<FONT
face=宋体>等几个不同系列的处理器。另外</FONT>PHILIPS<FONT
face=宋体>公司今年也推出了基于可重置嵌入式</FONT>DSP<FONT face=宋体>结构低成本、低功耗技术上制造的</FONT>R. E. A. L
DSP<FONT face=宋体>处理器，特点是具备双</FONT>Harvard<FONT face=宋体>结构和双乘</FONT>/<FONT
face=宋体>累加单元，应用目标是大批量消费类产品。</FONT>
<P><B><FONT size=+1><FONT face=宋体>嵌入式片上系统</FONT>(System On Chip)</FONT></B>
<P><FONT face=宋体> 随着</FONT>EDI<FONT
face=宋体>的推广和</FONT>VLSI<FONT
face=宋体>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</FONT><B>System On
Chip(SOC)</B><FONT face=宋体>。各种通用处理器内核将作为</FONT>SOC<FONT
face=宋体>设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为</FONT>VLSI<FONT
face=宋体>设计中一种标准的器件，用标准的</FONT>VHDL<FONT
face=宋体>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。</FONT>
<P> SOC<FONT
face=宋体>可以分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon(</FONT>Siemens)<FONT
face=宋体>的</FONT>TriCore<FONT face=宋体>，</FONT>Motorola<FONT
face=宋体>的</FONT>M-Core<FONT face=宋体>，某些</FONT>ARM<FONT
face=宋体>系列器件，</FONT>Echelon<FONT face=宋体>和</FONT>Motorola<FONT
face=宋体>联合研制的</FONT>Neuron<FONT face=宋体>芯片等。专用</FONT>SOC<FONT
face=宋体>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</FONT>Philips<FONT
face=宋体>的</FONT>Smart XA<FONT face=宋体>，它将</FONT>XA<FONT
face=宋体>单片机内核和支持超过</FONT>2048<FONT face=宋体>位复杂</FONT>RSA<FONT
face=宋体>算法的</FONT>CCU<FONT face=宋体>单元制作在一块硅片上，形成一个可加载</FONT>JAVA<FONT
face=宋体>或</FONT>C<FONT face=宋体>语言的专用的</FONT>SOC<FONT
face=宋体>，可用于公众互联网如</FONT>Internet<FONT face=宋体>安全方面。</FONT> </P></BODY></HTML>
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