1、华北水利水电大学课程报告课程名称:流行嵌入式处理器的功能与选型姓 名: 学 号: 班 级: 专 业: 电子信息科学与技术 日 期: 2014 6 月 18 日 摘要：本文讲述了嵌入式处理器的分类和它们的特点，以及常见的各类嵌入式处理器，举例介绍某些系列处理器的功能和特点以及怎么选择合适的嵌入式处理器。引言：经过多年芯片产业的发展，嵌入式处理器种类近千种， 最近 AMD推出两种新型 嵌入式处理器，它们具有高性能低功耗的特点，适用于机顶盒、限制范围的 Internet 访问设备、服务器装置、小型客户机、POS 终端以及电讯设备等嵌入式应用。AMD-K6-2E+处理器为嵌入式设计者提供了优异的性能、
2、热效率和价值。其特点包括带有五个额外数字信号处理(DSP)指令的增强 AMD 3Dnow!指令集以及 100MHz 前端总线。嵌入式处理器分为四大类：嵌入式微处理器，嵌入式微控制器，嵌入式 DSP 处理器，嵌入式片上系统。各类都有各自的优点。 文中重点介绍了 PowerPC 微处理器，Intel8051，AT89C51 单片机。我们要根据自己需要的特性去选择处理器，根据处理器的参数去选择最好的最合适的处理器。嵌入式处理器的概念嵌入式处理器是嵌入式系统的核心部件，控制、辅助系统运行的硬件单元。嵌入式处理器的种类非常多，完全不同的体系结构就有几十种，相关的品种数量已经超过千种。鉴于嵌入式系 统广阔
3、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 2000MIPS，封装从 8 个引脚到 144 个引脚不。一般将嵌入式处理器分为 4 类，即 嵌入式微控器 MCU，嵌入式微处理器 MPU,嵌入式 DSP 处 理器和嵌入式片上系 统 SOC。类别 常见的此类处理器 该种处理器特点嵌入式微处理器AM186/188386EX,PowerPC,68000,MI
4、PS,ARM/Srong,AM186/188386EX,PowerPC,68000,MIPS,ARM/Srong ,ARM 系列体积小成本低可靠嵌入式微控制器8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K 系列以及MCU8XC930/931、C540、C541体积小功耗低价格低嵌入式 DSP处理器TI 公司的 TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，AD 公司的 ADSP21XX 系列大规模性集成，功耗高，可编译 嵌入式片上系统Phillips 的 Smart XA, Siements 的 T
5、 r I c ore 某些基于 ARM 系列的SOC 器件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片体积小，功耗低可靠嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）嵌入式微处理器是由通用计算机中的 CPU 演变而来的。它的特征是具有 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 计算机处理器不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，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应用的特殊要求。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。目前主要的嵌入式处理器类型有AM18
6、6/88，AM186/188386EX,PowerPC,68000,MIPS,ARM/Srong,Arm 系列AM186/188386EX,PowerPC,68000,MIPS,ARM/Srong ,ARM 系列ARM 微处理器内核1）ARM 微处理器包含一系列的内核结构，以适 应 不同的应用领域。有些 简单的操作系统不需要硬件内核的 MMU(Memory Management Unit，存 储器管理单元)支持，在这种情况下，ARM7 系列以上的微处理器都满足要求；但是，有些复杂的操作系统是需要硬件内核的 MMU 支持的，如果用 户希望使用 WinCE 或标准Linux 等操 作系统，就需要
7、选择 ARM720T 以上带有 MMU 功能的 ARM 芯片另外有些 ARM 微处理器内核带 DSP 功能，如 TI(得州仪器)公司的TMS320DSC2X 就带了自己公司的 C5000 的 DSP 内核。这就增强了内核的数学运算功能和多媒体处理功能， ARM7 系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz，常见的 ARM7 芯片系统主时钟为 20133MHz，ARM9 系列微处理器的典型处理速度为 1.1MIPS/MHz，常见的 ARM9 的系统主时钟频率为100233MHz，ARM10 最高可以达到 700MHz。PowerPC 微处理器POWER 是 Performance Opt
8、imized With Enhanced RISC 的缩写。Motorola(Frees-cale)公司的 PowerPC 处理器在通信处理器市场上处于无可争议的领袖地位。PowerPC 属于 RISC 架构，处理器品种很多，既有通用处理器，又有嵌入式微处理器和内核。PowerPC 架构的特点是可伸缩性好，方便灵活，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备，其应用范围非常广泛。PowerPC 处理器实现性能增强的主要原因在于修改了指令处理设计，它比传统处理器的指令处理效率高得多。PowerPC 内核的主要特点有以下几方面。 (1)独特的分支处理单元可以让指令预取效
9、率大大提高，即使指令流水线上出现跳转指令，也不会影响运算单元的运算效率。 (2)具有超标量(Superscale)设计：分支单元、浮点运算单元和定点运算单元，每个单元都有自己独立的指令集并可独立运行。 (3)可处理“字节非对齐”的数据存储(4)支持大、小端数据类型。自从 1994 年第一个 PowerPC 处理器 PowerPC 601 问世以来，已经有几十种 PowerPC 独立微处理器与嵌入式微处理器投放市场，其主频范围从 32 MHz 到 1 GHz 不等 。典型的 PowerPC 微处理器有405GP、MPC823e、MPC7457、MPC7447、8260(QUICC II 嵌入式微
10、控制器(Micro controller Unit, MCU)嵌入式微控制器的典型代表是单片机，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。嵌入式微处理器俗称单片机，其最大的特点是单片化，芯片内部一般集成了总线， 总线逻辑，定时或者计数器，Flash, RAM 等必要的处理器外设，只要在其外围加上极少的电路就可以构成一个嵌入式系统，由于其外围芯片少，采用单片机构成的系统通常具有体积小，功耗低，可靠性高，成本低的趋势。在整个嵌入式处理器市场中占有的比例较大，比较有代表性的包括 8
11、051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K 系列以及MCU8XC930/931、C540、C541，并且有支持 I2C、CAN-Bus、LCD 及众多专用MCU 和兼容系列。 Intel8051Intel8051 由英特 尔公司于 1981 年制造。到 现在，有更多的 IC 设计商，如Atmel、飞利浦、华邦等公司，相继开发了功能更多、更强大的兼容产品。8051 单芯片是同步式的顺序逻辑系统，整个系统的工作完全是依赖系统内部的时脉信号，用以来产生各种动作周期及同步信号。主要功能及特性8051 在单一的封装中提供很多功能（包括 CPU,RAM,RO
12、M,输入输出，中断，时钟等）。单芯片具备了便宜、电路简单、体积小与耗电 低等优点，所以目前在业界使用的极为广泛。1 内部含 Flash 存储器2 与 80c51 引脚兼容3 都是具有三总线构架，都是 40 脚封装，在内部包含了 4kb 以上可编译程序存储器，具有 3 级程序存储器锁定，可 进行 1000 次擦写工作，内含 128 字节或 256字节的数据存储器，4 个 8 位 i/o 口， 2、3 个定时器，6-8 级中断源和 1 个通用串行口，工作电压为 2.7-6v,具有待机和掉电工作方式，的主要结构特点为：单+5V 供电，总线型 40 引脚封装，非总线型 20 引脚封装；8 位微处理器
13、CPU；片内有振荡电路和时钟电路；全静态操作：O24MHz ；4K 字节可重擦写 Flash 闪速程序存储器(1 OOo 次擦写周期 )；128 字节内部数据存 储器 RAM；32 根可编程 Io 口线；64KB 的片外程序存 储器地址空 间；两个 16 位定时计数器；5 个中断源，可 编程为两个优先级；1 个可编程串行 UART 通道；布尔处理器；低功耗空闲和掉电模式。嵌入式 DSP处理器DSP 处理器是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令的执行速度。在数字滤波、 FFT、谱分析等各种仪器上 DSP 获得了大规模的应用。MPU 较低
14、的处理速度无法满足DSP 的算法要求，其应用领域仅仅局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术发展，到 80 年代后期，DSP 的运算速度进一步提高，应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。90 年代后， DSP 发展到了第五代产品，集成度更高，使用范围也更加广阔。DSP 芯片一般具有如下的一些主要特点： （1） 在一个 指令周期内可完成一次乘法和一次加法。 （2） 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。 （3） 片内具有快速 RAM，通常可通 过独立的 数据总线在两块中同时访问。 （4） 具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。 （5） 快速的 中断处理和硬件 I/O 支
15、持。 （6） 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。优点：大规模集成性 稳定性好，精度高 可编程性 高速性能 可嵌入性 接口和集成方便 缺点： 成本较高 高频时钟的高频干扰 功率消耗较大等- DSP 芯片的选型1 运算速度MIPS MOPS MFLOPS MBPS ACS 指令周期 MAC 时间 FFT/FIR 执行时间2 运算精度3 字长的选择4 存储器等片内资源安排5 开发调试工具6 价格及厂家的售后服务因素 嵌入式片上系统嵌入 式片上系统(SOC)是追求最大包容的集成软件，是目前嵌入式应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，可以直接在处理器片内嵌入操作
16、系统的代码模块。具有极高的综合性，能够使用硬件描述语言或者高级语言来实现一个复杂的的系统 .采用 SOC 技术，用户不需要再像传统的系统那样绘制庞大复杂的电路板，一点点的焊制。对于采用 SOC 系统 s 处理器的系统，由于其绝大部分构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不 仅减小了系统体积和功耗，而且提高了系统的可靠性。目前，比 较典型的 SOC 产品有 Phillips 的 Smart XA, Siements 的 T r I c ore 某些基于 ARM 系列的 SOC器件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片总结及展望：本报告总结了嵌入式的特点，现在存在
17、的嵌入式处理器多种多样 ，嵌入式系 统发展日新月异，近些年成为大家关注的焦点，因特尔与 AMD 彼此竞争激烈，但供应商格局 总体较为稳定，不过嵌入式市场存在很多变数。通过本报告的总结，我了解了嵌入式各类处理器的特点，它们的发展史，以及现在存在的流行的嵌入式处理器。了解它们的特点和选型参数，便于我们更好的选择性价比最高最适合我们的嵌入式处理器。本文只针对部分较典型的嵌入式处理器作出分析和总结，随着电子产业的不断发展，各大处理器制造商的激烈竞争，未来会出现更多功能更强大，体积更小，功耗更低更快速的嵌入式处理器。参考文献：1 田泽 嵌入式系统开发与应用教程 2 苏曙光，沈刚编著,嵌入式系统原理与设计
18、,华中科技大学出版社3 韩磊主编；曹欲晓，彼飞副主编,嵌入式系统基础实践教程,北京大学出版社4 杨代华，陈分雄，张莉君等编著,单片机与嵌入式系统原理及应用,中国地质大学出版社,5 俞建新 王健 宋健建编著,重点大学计算机教材 嵌入式系统基础教程,机械工业出版社6 马维华主编 ,嵌入式系统原理及应用,北京邮电大学出版社7 陈赜主编 秦贵和 徐华中 王磊等编著 ARM9 嵌入式技术及 LINUX高级实践教程,北京航空航天大学出版社8 许海燕 付炎主编,嵌入式系统技术与应用,机械工业出版社9 戴庆 肖红 王辉，车燕娜 陈丽红 DSP 嵌入式系统10 王黎明 陈双桥，闫晓玲 ARM9 嵌入式系统开发与实践11 王勇 嵌入式系统原理与设计
