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嵌入式處理器

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嵌入式處理器是嵌入式系統的核心,是控制、輔助系統運行的硬件單元。範圍極其廣闊,從最初的4位處理器,目前仍在大規模應用的8位單片機,到最新的受到廣泛青睞的32位,64位嵌入式CPU。

簡介

目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過1000種,流行體系結構包括MCU,MPU等30多個系列。鑑於嵌入式系統廣闊的發展前景,很多半導體製造商都大規模生產嵌入式處理器,並且公司自主設計處理器也已經成為了未來嵌入式領域的一大趨勢,其中從單片機、DSP到FPGA有着各式各樣的品種,速度越來越快,性能越來越強,價格也越來越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB,處理速度最快可以達到2000 MIPS,封裝從8個引腳到144個引腳不等。

嵌入式微處理器與普通台式計算機的微處理器設計在基本原理上是相似的,但是工作穩定性更高,功耗較小,對環境(如溫度、濕度、電磁場、振動等)的適應能力強,體積更小,且集成的功能較多。在桌面計算機領域,對處理器進行比較時的主要指標就是計算速度,從33MHz主頻的386計算機到現在3GHz主頻的Pentium 4處理器,速度的提升是用戶最主要關心的變化,但在嵌入式領域,情況則完全不同。嵌入式處理器的選擇必須根據設計的需求,在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業考慮等等諸多因素之中進行折中,擇優選擇。

評價

嵌入式微處理器誕生於20世紀70年代末,其間經歷了SCM、MCU、網絡化、軟件硬化四大發展階段。

1.SCM階段:即單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段,主要是單片微型計算機的體系結構探索階段。Zilog公司Z80等系列單片機的「單片機模式」獲得成功,走出了SCM 與通用計算機完全不同的發展道路。

2.MCU階段:即嵌入式微控制器(Micro-Controller Unit,單片機)大發展階段,主要的技術方向是:為滿足嵌入式系統應用不斷擴展的需要,在芯片上集成了更多種類的外圍電路與接口電路,突顯其微型化和智能化的實時控制功能。80C51微控制器是這類產品的典型代表型號。

3.網絡化階段:隨着互聯網的高速發展,各個系統,不論是手持型還是固定式的嵌入式電子產品都希望能聯接互聯網。因此,網絡模塊集成於芯片上就成為了一個重要模塊。

4.軟件硬化階段:隨着市場對CPU芯片產品的使用面越來越廣,對速度、性能等方面的要求越來越高,同時要求的產品開發的時間越來越短,而軟件功能和系統卻越來越複雜,要求實時處理的多媒體等大型文件的處理要求越來越多(如MP3、MP4播放器、GPS導航儀等),以及手持型數字電視飛速發展的需要,有的還需要實時在線快速改變邏輯功能,尤其是對低功耗的需要越來越嚴,僅僅採用軟件的方式已遠遠不能滿足這些市場發展的實際需要。同時,隨着半導體設計和加工技術的飛速發展以及設計水平的自動化程度的提高,極大地降低了嵌入式微處理器芯片的設計難度。為軟件硬化的普及發展帶來了極大的促進作用。

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參考文獻