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标题: 嵌入式系统中的处理器技术综述（2） [打印本页]

作者: 我是MT 时间: 2015-10-3 10:18 标题: 嵌入式系统中的处理器技术综述（2）

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8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、 C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300等。另外还有许多半通用系列如：支持USB接口的MCU8XC930/931、 C540、C541;支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系统约70%的市场份额。特别值得注意的是近年来提供X86微处理器的著名厂商AMD公司，将Am186CC/CH/CU等嵌入式处理器称之为Microcontroller, MOTOROLA公司把以Power PC为基础的PPC505和PPC555亦列入单片机行列。TI公司亦将其TMS320C2XXX系列DSP做为MCU进行推广。
③ 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)
DSP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DSP算法，编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面DSP算法正在大量进入嵌入式领域，DSP应用正在从通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DSP处理器。嵌入式DSP处理器有两个发展来源，一是DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设成为嵌入式DSP处理器，TI的TMS320C2000/C5000等属于此范畴;二是在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，例如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore。推动嵌入式DSP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，ADSL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DSP处理器的长处所在。
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TexasInstruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。 TMS320系列处理器包括用于控制的C2000系列，移动通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已经发展成为 DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置度胧? SP结构低成本、低功耗技术上制造的 R. E. A. L DSP 处理器，特点是具备双 Harvard结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。
④ 嵌入式片上系统(System On Chip)
随着EDI的推广和VLSI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System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将作为SOC设计公司的标准库，和许多其它嵌入式系统外设一样，成为VLSI设计中一种标准的器件，用标准的 VHDL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。
SOC可以分为通用和专用两类。通用系列包括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。专用SOC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Philips的 SmartXA，它将XA单片机内核和支持超过2048位复杂RSA算法的CCU单元制作在一块硅片上，形成一个可加载JAVA或C语言的专用的SOC，可用于公众互联网如Internet安全方面。
1.2 嵌入式处理器分类的变迁
国际上公认的通用嵌入式处理器有三大类：MCU、DSP和MPU(Micro-Processor Unit)。TI公司曾把处理器比作汽车，有个生动的比喻：DSP是跑车，追求的是速度;MPU是轿车，追求的是经济性与速度的折中;MCU是满足特殊用途的车。
现在，随着处理速度的要求越来越高，同时处理的数据更加复杂，出现了双核与多核处理器，通常为DSP+RISC芯核，如Infineon公司的 TriCore(CISC+RISC+DSP)，Philips公司的Trimedia。随着一些大量应用市场的崛起，又出现了一些新名词，例如用于网络、通信设备上的通信处理器(2000年左右兴起)，数码相机、数码录像机等视频、音频流所需的媒体处理器(2003年兴起)，智能手机上的应用处理器(2004年兴起)。
由于一些处理器不仅要有速度，还要有控制功能，又出现了DSP与MCU的结合品，主攻电机控制市场。如Freescale公司的DSP利用了其在MCU控制方面的技术;Microchip 2004年2月也推出了这种产品，称为DSC(Digital Signal Controller)。
处理器IP(知识产权)：
为了满足多芯核与SoC设计的需要，还有一些厂家专门供应处理器芯核的IP厂商，芯核主要有16位、32位、64位，有软核与硬核。值得一提的是，世界上最成功的IP厂商是做处理器芯核公司--ARM公司，至今年6月付运量已达20亿个，可见处理器行业的博大。多芯核市场发展潜力广阔，在 2004年2月美国的Electronic Summit 2004上，做64位RISC IP的Tensilica公司总裁Chris Rowen博士说，未来十年，一块芯片中需要上千个处理器芯核，每秒要完成1012运算。
2 嵌入式处理器芯片的开发
2.1 嵌入式处理器芯片的一般开发过程
尽管有几千种现成的芯片可供选择，但是许多产品的设计者需要一些与众不同的特性。因此，他们开发自己的嵌入式芯片，即所谓的专用集成电路。
一位设计人员开始时需要从一家公司取得嵌入式微处理器的内核的授权，然后添加他自己应用特有的特性。例如，对于数字照相机处理器来说，他可能为这种电荷耦合设备的芯片添加一个控制器。又比如，对于具有Internet功能的家电处理器来说，可以添加一个Ethernet接口。这位设计者然后将他的设计交给“铸造厂”，即一家拥有“工厂”(芯片制造厂)的公司，并将部分制造量出售给其他公司。主要的制造厂有United Microelectronics公司、台湾的TSMC公司和美国的IBM Microelectronics公司。
对于一些设计者来说，甚至这种灵活性还不够用。他们可以找到某些公司，这些公司拥有可高度定制嵌入式微处理器内核的许可证。利用这类内核，可以开发出用于特殊目的的新机器级指令。对于数字相机处理器而言，一条提高JPEG 图像压缩的指令具有很高的价值。对于MP3音乐播放器来说，一条加速音频解压缩的指令具有同样的用处。然后，定制的设计被交给“铸造厂”进行生产　　和通用计算机不同，嵌入式系统的硬件和软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用对处理器的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需求，对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能;但同时还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户是不一样的，可能是一般用户，行业用户或单一用户。

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