《嵌入式处理器特点.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《嵌入式处理器特点.ppt（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二部分嵌入式硬件系统 第2章嵌入式处理器 第2章嵌入式处理器 2 1嵌入式处理器的基本特征2 2嵌入式处理器的种类2 3典型嵌入式处理器2 4嵌入式处理器的选型方法2 5嵌入式处理器的发展趋势2 6本章小结习题 相对通用处理器 嵌入式处理器有5个特点体积小 集成度高 价格较低这一特性与嵌入式系统的有限空间约束和较低的成本价格需求相适应可扩展的处理器结构能迅速开发出满足各种应用的最高性能嵌入式系统功耗很低尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统时 要求嵌入式处理器的功耗只有mW甚至 W级 2 1嵌入式处理器基本特征 2 1嵌入式处理器基本特征 对实时多任务有很强的支
2、持能力能完成多任务并且有较短的中断响应时间 从而使内部的代码和实时内核的执行时间减少到最低限度具有功能很强的存储区保护功能这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化 为避免在软件模块之间出现错误后的交叉影响 需要设计强大的存储区保护功能 同时也有利于软件诊断 2 2嵌入式处理器的种类 对全球嵌入式处理器的不完全统计 品种数量超过1000多种 流行的体系结构达30余种 2 2嵌入式处理器的种类 总体而言 嵌入式处理器分为四大类型 图2 1嵌入式处理器种类 2 2嵌入式处理器的种类 1 嵌入式微处理器 Micro ProcessorUnit MPU 由通用计算机中的CPU演变而来 2 2嵌入式处理器的种
3、类 MPU与通用计算机中的CPU不同之处在嵌入式应用中 将微处理器装配在专门设计的电路板上 只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件 去除其它的冗余功能部分 这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求为了满足嵌入式应用的特殊要求 嵌入式微处理器在工作温度 抗电磁干扰 可靠性等方面相对通用计算机中的CPU都做了各种增强 2 2嵌入式处理器的种类 例 X86与PC104模块AliM6117C处理器 兼容Intel386SX 40 带2 4MBFastPageDRAM 带48MFlash 看门狗定时器功能 2 2嵌入式处理器的种类 性能的增强 PC104总线PC104是一种紧凑型的ISA总线标准
4、其信号定义和ISA基本一致 但电气和机械规范却完全不同低功耗4mA总线驱动即可使模块正常工作 每个模块1 2瓦能耗小尺寸结构标准模块的机械尺寸是3 6X3 8英寸 即96X90mm 2 2嵌入式处理器的种类 PC104的堆栈式连接去掉总线背板和插板滑道 总线以 针 和 孔 形式层叠连接 即PC104总线模块之间总线的连接通过上层的针和下层的孔相互咬和相连 这种层叠封装有极好的抗震性 ISA的金手指 2 2嵌入式处理器的种类 MPU常见系列X86Am186 88ARMMIPSPowerPC68K等 2 2嵌入式处理器的种类 2 嵌入式微控制器 MicrocontrollerUnit MCU 又称
5、为单片机 2 2嵌入式处理器的种类 MCU特点单片化一般以某种微处理器内核为核心 芯片内部集成了ROM EPROM FLASH 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等各种必要的功能和外设由于单片机的片上外设资源一般比较丰富 适合于控制 因此称为微控制器该特点大大减小了体积 降低了功耗和成本 提高了可靠性 因而成为目前嵌入式系统的主流 占据了嵌入式系统大约70 的市场份额 2 2嵌入式处理器的种类 每种具有多种衍生产品每种衍生产品的处理器内核一样 不同的是存储器和外设的配置及封装使嵌入式微控制器最大限度地与不同的应用需求相匹配 功能齐全又不浪
6、费 减少了功耗及成本 例 TI超低功耗16位MSP430系列 2 2嵌入式处理器的种类 MCU种类通用系列代表性的包括8051 P51XA MCS 96 196 296 C166 167 MC68HC05 11 12 16 MC68300等半通用系列例如 支持USB接口 I2C CAN等众多专用MCU和兼容系列 2 2嵌入式处理器的种类 其它提供X86微处理器的著名厂商AMD公司 将Am186CC CW等嵌入式处理器称之为MicrocontrollerMotorola公司把以PowerPC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作为MCU
7、进行推广 2 2嵌入式处理器的种类 3 嵌入式DSP处理器 DigitalSignalProcssor DSP 2 2嵌入式处理器的种类 DSP特点系统结构采用Harvard 哈佛 结构和专用的硬件乘法器指令系统快速DSP指令 属RISC精简指令集 适合于对处理器运算速度要求较高 向量运算较多的应用领域 2 2嵌入式处理器的种类 DSP典型应用数字信号处理领域数字滤波 快速傅立叶变换 频谱分析等方面多媒体信号处理移动电话 语音识别MPEG 1 MPEG 2 MPEG 4等多媒体播放系统智能化嵌入式系统生物特征识别的终端带有加密解密算法的键盘等 2 2嵌入式处理器的种类 DSP种类一种是DSP处
8、理器经过单片化 适当改造 增加片上外设而成例如 TI的TMS320 它包括用于控制的C2000系列 移动通信的C5000系列 以及性能更高的C6000和C8000系列另一种是在通用单片机或SOC SystemOnChip 中增加DSP协处理器例如 Intel的MCS 296和Siemens的TriCore 2 2嵌入式处理器的种类 4 嵌入式片上系统随着电子数据交换 EDI 的推广和VLSI设计的普及化 以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经来临 这就是SystemOnChip SOC 2 2嵌入式处理器的种类 SOC设计制造各种通用处理器内核 包括IP核 将作
9、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 2 2嵌入式处理器的种类 SOC优点系统级集成 体积减小一个或多个微处理器核 如RISC DSP 输入 输出 USB IEEE1394 以太网 GSM GPRS等通信接口功耗降低通过改变内部工作电压可靠性提高利用内嵌电路 避免外部电路板在信号传递时产生的系统噪声 2 2嵌入式处理器的种类 SOC种类通用系列包括Siemens的TriCore Motorola的M Core 某些ARM系列器
10、件 Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等专用系列代表性的产品是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单元制作在同一块硅片上 形成一个可加载Java或C语言专用SOC 可用于公众互如Internet安全方面 2 2嵌入式处理器的种类 多核系列例 TI的OMAP组成 见下图 TI的DSP ARM的ARMRISC两个核二维图形加速器外围控制电路应用领域多媒体影音数据处理 语音识别系统 无限通讯 电子商务等 2 2嵌入式处理器的种类 多核系列例 TI的OMAP 图2 2TI的OMAP硬件结构图 2 3典型嵌入式处理器 805
11、1单片机ARM68K ColdfirePowerPCMIPSX86国产嵌入式处理器 2 3典型嵌入式处理器 1 8051单片机经典的8位嵌入式微控制器 成本低 可靠性高 但功能 性能和片上资源相对16位 32位 64位嵌入式微控制器也较简单最早由Intel公司推出 其后多家公司购买了8051的内核 使得以8051为内核的MCU系列单片机在世界上产量最大 应用也最广泛 20个生产厂家 350个衍生产品 常见型号包括 Intel的MCS 51系列 Atmel的89C51 52 89C1051 2051 2 3典型嵌入式处理器 2 ARMASIC与IPASIC 专用集成电路 ApplicationS
12、pecificIntegratedCircuit IP 知识产权 IntellectualProperty 或称为SIP 硅 半导体知识产权 指芯片电路的制作方式或电路图等方面的知识产权 厂商向拥有技术的IPProvider直接购买IP以缩短Time to Market 2 3典型嵌入式处理器 ARM AdvancedRISCMachines 公司英国公司90年代初 ARM率先推出32位RISC微处理器芯片系统SoC知识产权公开授权概念ARM通过出售芯片技术授权而非生产或销售芯片 建立起新型的微处理器设计生产和销售商业模式IPProvider 出售ARMRISC构架的微处理器核心 外围和系统芯
13、片设计技术 2 3典型嵌入式处理器 ARM内核及ARM处理器的特点小体积 低功耗 高性能而低成本RISC ReducedInstructionSetComputer 体系结构目前 ARM7 70 ARM9 10016 32位双指令集16位Thumb指令集 密度高 所占存储空间较小32位的ARM指令集 处理32位数据时性能较高全球众多的合作伙伴 见下图 2 3典型嵌入式处理器 图2 3ARM全球合作伙伴 2 3典型嵌入式处理器 ARM产品系列包括ARM7 ARM9 ARM10和SecurCore StrongARM XScale等ARM7 低功耗的32位核 适用于对价位和功耗敏感的产品ARM9
14、集成度较高 集成了TFTLCD控制器 USBHost以及各种存储卡接口 其功能已相当于嵌入式微控制器SecurCore 是专为安全需要而设计XScale Intel目前主要推广的一款ARM微处理器系统 提供较强的多媒体功能和网络通讯功能 2 3典型嵌入式处理器 ARM应用领域已成为移动通信 手持设备 多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准例 PDA Compaq的iPAQH3630 HP的Jornada720 联想的天玑5100均采用Intel的StrongARMSA 1110 206MHz 移动通信 HPiPAQhw6515GPS全智能手机采用Intel的PXA270处理器 312MHz
15、 2 3典型嵌入式处理器 3 68K ColdfireMotorola68000 68K 比INTEL的8088还要早 Coldfire是68K的低成本替代产品68K Coldfire主要应用于对实时性和可靠性要求较高的工业控制领域 2 3典型嵌入式处理器 4 PowerPCPowerPC架构的特点是可伸缩性好 方便灵活品种多 通用处理器 嵌入式控制器和内核例如IBM公司的PowerPC405GP是一个集成10 100Mbps以太网控制器 串行和并行端口 内存控制器以及其它外设的高性能嵌入式处理器MotorolaMPC823e微处理器是一个高度综合的片上系统 SOC 设备 2 3典型嵌入式处理
16、器 PowerPC应用范围非常广泛 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 无所不包例 华为的交换机 2 3典型嵌入式处理器 5 MIPSMIPS公司MicroprocessorwithoutInterlockedPipelineStages技术公司 是一家设计制造高性能 高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商 在RISC处理器方面占有重要地位 MIPS公司设计RISC处理器始于80年代初 后来MIPS公司的战略发生变化 把重点放在嵌入式系统 1999年MIPS公司发布MIPS32和MIPS64架构标准 为未来MIPS处理器的开发奠定了基础 2 3典型嵌入式处理器 MIPS特点属于高性能 高处理能力的高端嵌入式处理器目前其成本价格和开发工具价格也很昂贵 2 3典型嵌入式处理器 6 X86众所周知的微处理器 起源于Intel架构的8080常见的X86系列有386EX和486DX 板级形式如PC104 特点 CPU处理能力很强 适用于高端应用领域 2 3典型嵌入式处理器 7 国产嵌入式处理器方舟 ARCA 2001年7月 中芯微系统公司研制出 方舟一号 主
