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嵌入式处理器

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嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,是控制、辅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,目前仍在大规模应用的8位单片机,到最新的受到广泛青睐的32位,64位嵌入式CPU。

简介

目前世界上具有嵌入式功能特点的处理器已经超过1000种,流行体系结构包括MCU,MPU等30多个系列。鉴于嵌入式系统广阔的发展前景,很多半导体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,其中从单片机、DSP到FPGA有着各式各样的品种,速度越来越快,性能越来越强,价格也越来越低。目前嵌入式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB,处理速度最快可以达到2000 MIPS,封装从8个引脚到144个引脚不等。

嵌入式微处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的,但是工作稳定性更高,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。在桌面计算机领域,对处理器进行比较时的主要指标就是计算速度,从33MHz主频的386计算机到现在3GHz主频的Pentium 4处理器,速度的提升是用户最主要关心的变化,但在嵌入式领域,情况则完全不同。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、成本、商业考虑等等诸多因素之中进行折中,择优选择。

评价

嵌入式微处理器诞生于20世纪70年代末,其间经历了SCM、MCU、网络化、软件硬化四大发展阶段。

1.SCM阶段:即单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)阶段,主要是单片微型计算机的体系结构探索阶段。Zilog公司Z80等系列单片机的“单片机模式”获得成功,走出了SCM 与通用计算机完全不同的发展道路。

2.MCU阶段:即嵌入式微控制器(Micro-Controller Unit,单片机)大发展阶段,主要的技术方向是:为满足嵌入式系统应用不断扩展的需要,在芯片上集成了更多种类的外围电路与接口电路,突显其微型化和智能化的实时控制功能。80C51微控制器是这类产品的典型代表型号。

3.网络化阶段:随着互联网的高速发展,各个系统,不论是手持型还是固定式的嵌入式电子产品都希望能联接互联网。因此,网络模块集成于芯片上就成为了一个重要模块。

4.软件硬化阶段:随着市场对CPU芯片产品的使用面越来越广,对速度、性能等方面的要求越来越高,同时要求的产品开发的时间越来越短,而软件功能和系统却越来越复杂,要求实时处理的多媒体等大型文件的处理要求越来越多(如MP3、MP4播放器、GPS导航仪等),以及手持型数字电视飞速发展的需要,有的还需要实时在线快速改变逻辑功能,尤其是对低功耗的需要越来越严,仅仅采用软件的方式已远远不能满足这些市场发展的实际需要。同时,随着半导体设计和加工技术的飞速发展以及设计水平的自动化程度的提高,极大地降低了嵌入式微处理器芯片的设计难度。为软件硬化的普及发展带来了极大的促进作用。

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参考文献