常见的嵌入式处理器比拟分析_处置器_嵌入式

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是掌握、赞助系统运行的硬件单元。
范围极其广阔，从最初的4位处理器，目前仍在大规模运用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。

自微处理器的问世以来，嵌入式系统得到了飞速的发展，嵌入式处理器毫无疑问是嵌入式系统的核心部分，嵌入式处理器直接关系到全体嵌入式系统的性能。
常日情形下嵌入式处理器被认为是对嵌入式系统中运算和掌握核心器件总的称谓。

天下上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种，盛行体系构造包括MCU，MPU等30多个系列。
鉴于嵌入式系统广阔的发展前景，很多半导系统编制造商都大规模生产嵌入式处理器，并且公司自主设计处理器也已经成为了未来嵌入式领域的一大趋势，个中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速率越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。
嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB，处理速率最快可以达到2000 MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不等。

特点

嵌入衰落处理器与普通台式打算机的微处理器设计在基本事理上是相似的，但是事情稳定性更高，功耗较小，对环境（如温度、湿度、电磁场、振动等）的适应能力强，体积更小，且集成的功能较多。
在桌面打算机领域，对处理器进行比较时的紧张指标便是打算速率，从33MHz主频的386打算机到3GHz主频的PenTIum 4处理器，速率的提升是用户最紧张关心的变革，但在嵌入式领域，情形则完备不同。
嵌入式处理器的选择必须根据设计的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封装形式、SoC程度、本钱、商业考虑等等诸多成分之中进行折中，择优选择。

嵌入式处理器做为嵌入式系统的核心，嵌入式处理器担负着掌握、系统事情的主要任务，使宿主设备功能智能化、灵巧设计和操作简便。
为合理高效的完成这些任务，一样平常说，嵌入式处理用具有以下特点：很强的实时多任务支持能力，存储区保护功能，可扩展的微处理器构造，较强的中断处理能力，低功耗。

嵌入式系统的核心是嵌入衰落处理器。
嵌入衰落处理器一样平常就具备以下4个特点：

分类

1、微处理器

嵌入衰落处理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通用打算机中的CPU演化而来的。
它的特色是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。
但与打算机处理器不同的是，在实际嵌入式运用中，只保留和嵌入式运用紧密干系的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式运用的分外哀求。
和工业掌握打算机比较，嵌入衰落处理用具有体积小、重量轻、本钱低、可靠性高的优点。
紧张的嵌入式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。

个中Arm/StrongArm是专为手持设备开拓的嵌入衰落处理器，属于中档的价位。

2、微掌握器

嵌入衰落掌握器（Microcontroller Unit， MCU）的范例代表是单片机，从70年代末单片机涌现到本日，虽然已经经由了20多年的历史，但这种8位的电子器件在嵌入式设备中仍旧有着极其广泛的运用。
单片机芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、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。
和嵌入衰落处理器比较，微掌握器的最大特点是单片化，体历年夜大减小，从而使功耗和本钱低落、可靠性提高。
微掌握器是目嵌入式系统工业的主流。
微掌握器的片上外设资源一样平常较丰富，适宜于掌握，因此称微掌握器。

由于MCU低廉的价格，优秀的功能，以是拥有的品种和数量最多，比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及浩瀚专用MCU和兼容系列。
MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。
Atmel出产的Avr单片机由于其集成了FPGA等器件，以是具有很高的性价比，势必将推动单片机得到更高的发展。

3、DSP处理器

嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor， EDSP），是专门用于旗子暗记处理方面的处理器，其在系统构造和指令算法方面进行了分外设计，具有很高的编译效率和指令的实行速率。
在数字滤波、FFT、谱剖析等各种仪器上DSP得到了大规模的运用。

DSP的理论算法在70年代就已经涌现，但是由于专门的DSP处理器还未涌现，以是这种理论算法只能通过MPU等由分立元件实现。
MPU较低的处理速率无法知足DSP的算法哀求，其运用领域仅仅局限于一些尖真个高科技领域。
随着大规模集成电路技能发展，1982年天下上出身了首枚DSP芯片。
其运算速率比MPU快了几十倍，在语音合成和编码解码器中得到了广泛运用。
至80年代中期，随着CMOS技能的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速率都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技能的根本。
到80年代后期，DSP的运算速率进一步提高，运用领域也从上述范围扩大到了通信和打算机方面。
90年代后，DSP发展到了第五代产品，集成度更高，利用范围也更加广阔。

最为广泛运用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，其余如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的运用范围。

4、片上系统

嵌入式片上系统（System On Chip） ：SoC追求产品系统最大原谅的集成器件，是嵌入式运用领域的热门话题之一。
SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。
而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部利用VHDL等硬件描述措辞，实现一个繁芜的系统。
用户不须要再像传统的系统设计一样，绘制弘大繁芜的电路板，一点点的连接焊制，只须要利用精确的措辞，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用途理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。
由于绝大部分系统构件都是在系统内部，全体系统就特殊简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高了系统的可靠性，提高了设计生产效率。

由于SOC每每是专用的，以是大部分都不为用户所知，比较范例的SOC产品是Philips的Smart XA。
少数通用系列如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。

估量不久的将来，一些大的芯片公司将通过推出成熟的、能盘踞多数市场的SOC芯片，一举击退竞争者。
SOC芯片也将在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等运用领域中发挥主要浸染。

嵌入式处理器汇总（常见）

（1）嵌入式ARM微处理器（嵌入衰落处理器构造）

ARM微处理器的由来与发展

ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技能的名字。
目前，采取ARM技能知识产权（IP）核的微处理器，即我们常日所说的ARM微处理器。
它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛运用于嵌入式系统中。
基于ARM技能的微处理器运用约霸占了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技能正在逐步渗入到我们生活的各个方面。
ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的运用。

ARM微处理器的运用领域

基于RISC架构的ARM微处理器的特点

　　（2）嵌入式MIPS处理器

MIPS处理器的发展概述

MIPS是天下上很盛行的一种RISC处理器。
MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”（MicroprocessorwithouTInterlockedpipedstages） ，其机制是只管即便利用软件办法避免流水线中的数据干系问题。
MIPS技能公司是是美国著名的芯片设计公司，采取精简指令系统打算构造（RISC）来设计芯片，它设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面霸占主要地位。

MIPS的系统构造及设计理念比较前辈，其指令系统经由通用途理器指令体系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV，嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。

在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。
和英特尔采取的繁芜指令系统打算构造（CISC）比较，RISC具有设计更大略、设计周期更短等优点，并可以运用更多前辈的技能，开拓更快的下一代处理器。

MIPS是涌现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。

MIPS处理器的运用

MIPS在通用方面，MIPSR系列微处理器用于构建SGI的高性能事情站、做事器和超级打算机系统。
在嵌入式方面，MIPSK系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一（1999年以前MIPS是天下上用得最多的处理器），其运用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。

（3）PowerPC

PowerPC体系构造规范（PowerPCArchitectureSpecificaTIon）是在二十世纪九十年代，由IBM（国际商用机器公司）、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开拓的芯片，并制造出基于PowerPC的多处理器打算机。

PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵巧。
它是一个64位规范（也包含32位子集）。
险些所有常规可用的PowerPC（除了新型号IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端做事器）都是32位的。

PowerPC市场霸占率不是很高，但在通信系统的掌握和管理中用得很多。

（4）嵌入式X86处理器

x86是一个Intel通用打算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的打算机指令凑集，X与处理器没有任何关系，它是一个对所有86系统的大略的通配符定义，例如：i386，586，奔驰（Pentium）。
由于早期Intel的CPU编号都是如8086，80286来编号，由于这全体系列的CPU都是指令兼容的，以是都用X86来标识所利用的指令凑集如今的奔驰，P2，P4，赛扬系列都是支持X86指令系统的，以是都属于X86家族。

x86以无可比拟的性能价格比上风成为打算平台的标准。
但是x86仍旧基于32位技能——对付高真个企业级做事器与事情站运用无能为力。
与ARM架构的产品比较，嵌入式X86处理器普遍拥有高得多的性能，但功耗也高了许多，只管依然可以坚持无风扇运行状态，但根本无法用于PDA、智好手机等完备依电池运作的掌上打算产品。
真正对嵌入式X86处理器产生需求的是网络终端、瘦客户机、廉价/低能耗型PC、家庭消费电子产品、POS终端机等哀求PC软件延续性的领域，对应设备体积相对较大，不依电池运行，但哀求具有较高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等优点。
2006年X86推出了首款双核处理器。

X86和ARM、MIPS比较，X86架构的嵌入式处理器运用范围要狭窄一些。
它紧张运用于桌面端和低端做事器处理器。

（5）嵌入式DSP处理器

DSP是在仿照旗子暗记变换成数字旗子暗记往后进行高速实时处理的专用途理器，其处理速率比最快的CPU还快10～50倍。
在当今的数字化时期背景下，DSP己成为通信、打算机、消费类电子产品等领域的根本器件。
业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定成分。

DSP是属于ModifiedHarvard架构，即它具有两条内部总线：数据总线、程序总线。
程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取址和读数可以同时进行，目前已达到90亿次浮点运算/秒（9000MFLOPS）。
它采取流水作业，每条指令的实行划分为取指令、译码、取数、实行等多少步骤，由片内多个功能单元分别完成。
相称于多条指令并行实行，从而大大提高了运算速率。
乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、干系、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。
采取循环寻址（Circularaddressing）位倒序，（bit-reversed）等分外指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及打算速率大大提高。
1024点FFT的韶光已小于1μs。
具有独立的DMA总线和掌握器，有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行事情，在不影响CPU事情的条件下，DMA速率已达800Mbyte/s以上。
多处理器接口。
使多个处理器可以很方便的并行或串行事情以提高处理速率。

DSP处理器经由单片化、EMC改造、增加片上外设，或在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，从而发展成为嵌入式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP），推动嵌入式DSP处理器发展的成分紧张是嵌入式系统的智能化。
目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

DSP通用DSP的紧张市场在于通信运用，而嵌入式DSP则紧张运用于消费电子产品，比如DVD播放器和刻录机、机顶盒、音视频吸收设备、MP3播放器和数码相机等。
但是，WLAN、DSL和线缆宽带网络等通信芯片也带有嵌入式DSP。

来源：公众年夜众号 嵌入式资讯精选