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微處理器與嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別
嵌入式系統(tǒng)(Embedded system)，是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”。下面是小編整理的微處理器與嵌入式系統(tǒng)的區(qū)別，歡迎大家參考!
隨著電子科學(xué)的不斷發(fā)展，人們開始逐漸對(duì)數(shù)碼產(chǎn)品有了更高的需求，這就促使了信息技術(shù)的不斷發(fā)展。嵌入式系統(tǒng)的核心就是嵌入式處理器，它是控制、輔助嵌入式系統(tǒng)運(yùn)行的硬件單元，其應(yīng)用范圍非常的廣闊，它也具有很好的發(fā)展前景。那么，面對(duì)紛繁復(fù)雜的嵌入式處理器市場(chǎng)，我們?cè)撊绾巫龀鲞m合自己的選擇呢?下面小編就對(duì)市場(chǎng)上常見的幾種嵌入式處理器進(jìn)行比較分析，希望可以對(duì)大家有所幫助(嵌入式處理器類型)。
(1)嵌入式ARM微處理器(嵌入式微處理器結(jié)構(gòu))
ARM微處理器的由來與發(fā)展
ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器。它是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中�；贏RM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼像機(jī)、GPS、個(gè)人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。
ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域
ARM微處理器是目前應(yīng)用領(lǐng)域非常廣的處理器，到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，深入到各個(gè)領(lǐng)域。
1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。
2、無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過85%的無線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。
3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。
4、消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。
5、成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。
基于RISC架構(gòu)的ARM微處理器的特點(diǎn)
1、體積小、低功耗、低成本、高性能;
2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;
4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;
5、尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高;
6、指令長度固定;
(2)嵌入式MIPS處理器
MIPS處理器的發(fā)展概述
MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理器”(Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages) ，其機(jī)制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數(shù)據(jù)相關(guān)問題。MIPS技術(shù)公司是是美國著名的芯片設(shè)計(jì)公司，采用精簡指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(RISC)來設(shè)計(jì)芯片，它設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位。
MIPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)理念比較先進(jìn)，其指令系統(tǒng)經(jīng)過通用處理器指令體系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV，嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發(fā)展已經(jīng)十分成熟。
在設(shè)計(jì)理念上MIPS強(qiáng)調(diào)軟硬件協(xié)同提高性能，同時(shí)簡化硬件設(shè)計(jì)。和英特爾采用的復(fù)雜指令系統(tǒng)計(jì)算結(jié)構(gòu)(CISC)相比，RISC具有設(shè)計(jì)更簡單、設(shè)計(jì)周期更短等優(yōu)點(diǎn)，并可以應(yīng)用更多先進(jìn)的技術(shù)，開發(fā)更快的下一代處理器。
MIPS是出現(xiàn)最早的商業(yè)RISC架構(gòu)芯片之一，新的架構(gòu)集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強(qiáng)大的功能。
MIPS處理器的應(yīng)用
MIPS在通用方面，MIPSR系列微處理器用于構(gòu)建SGI的高性能工作站、服務(wù)器和超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在嵌入式方面，MIPSK系列微處理器是目前僅次于ARM的用得最多的處理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的處理器)，其應(yīng)用領(lǐng)域覆蓋游戲機(jī)、路由器、激光打印機(jī)、掌上電腦等各個(gè)方面。
(3)PowerPC
PowerPC體系結(jié)構(gòu)規(guī)范(PowerPCArchitectureSpecification)是在二十世紀(jì)九十年代，由IBM(國際商用機(jī)器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發(fā)的芯片，并制造出基于PowerPC的多處理器計(jì)算機(jī)。
PowerPC架構(gòu)的特點(diǎn)是可伸縮性好、方便靈活。它是一個(gè)64位規(guī)范(也包含32位子集)。幾乎所有常規(guī)可用的PowerPC(除了新型號(hào)IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端服務(wù)器)都是32位的。
PowerPC市場(chǎng)占有率不是很高，但在通信系統(tǒng)的控制和管理中用得很多。
(4)嵌入式X86處理器
x86是一個(gè)Intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫,也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合,X與處理器沒有任何關(guān)系，它是一個(gè)對(duì)所有*86系統(tǒng)的簡單的通配符定義，例如：i386,586,奔騰(Pentium)。由于早期Intel的CPU編號(hào)都是如8086,80286來編號(hào),由于這整個(gè)系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86來標(biāo)識(shí)所使用的指令集合如今的奔騰,P2,P4,賽揚(yáng)系列都是支持X86指令系統(tǒng)的,所以都屬于X86家族。
x86以無可比擬的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)成為計(jì)算平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)。但是x86仍然基于32位技術(shù)——對(duì)于高端的企業(yè)級(jí)服務(wù)器與工作站應(yīng)用無能為力。與ARM架構(gòu)的產(chǎn)品相比，嵌入式X86處理器普遍擁有高得多的性能，但功耗也高了許多，盡管依然可以維持無風(fēng)扇運(yùn)行狀態(tài)，但根本無法用于PDA、智能手機(jī)等完全依*電池運(yùn)作的掌上計(jì)算產(chǎn)品。真正對(duì)嵌入式X86處理器產(chǎn)生需求的是網(wǎng)絡(luò)終端、瘦客戶機(jī)、廉價(jià)/低能耗型PC、家庭消費(fèi)電子產(chǎn)品、POS終端機(jī)等要求PC軟件延續(xù)性的領(lǐng)域，對(duì)應(yīng)設(shè)備體積相對(duì)較大，不依*電池運(yùn)行，但要求具有較高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。2006年X86推出了首款雙核處理器。
X86和ARM、MIPS相比，X86架構(gòu)的嵌入式處理器應(yīng)用范圍要狹窄一些。它主要應(yīng)用于桌面端和低端服務(wù)器處理器。
(5)嵌入式DSP處理器
DSP是在模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)以后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10～50倍。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，DSP將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。
DSP是屬于ModifiedHarvard架構(gòu)，即它具有兩條內(nèi)部總線：數(shù)據(jù)總線、程序總線。程序與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間分開，各有獨(dú)立的地址總線和數(shù)據(jù)總線，取址和讀數(shù)可以同時(shí)進(jìn)行，目前已達(dá)到90億次浮點(diǎn)運(yùn)算/秒(9000MFLOPS)。它采用流水作業(yè)，每條指令的執(zhí)行劃分為取指令、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等若干步驟，由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成。相當(dāng)于多條指令并行執(zhí)行，從而大大提高了運(yùn)算速度。乘法指令在單周期內(nèi)完成，優(yōu)化卷積、數(shù)字濾波、FFT、相關(guān)、矩陣運(yùn)算等算法中的大量重復(fù)乘法。采用循環(huán)尋址(Circularaddressing)位倒序，(bit-reversed)等特殊指令使FFT、卷積等運(yùn)算中的尋址、排序及計(jì)算速度大大提高。1024點(diǎn)FFT的時(shí)間已小于1μs。具有獨(dú)立的DMA總線和控制器，有一組或多組獨(dú)立的DMA總線，與CPU的程序、數(shù)據(jù)總線并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達(dá)800Mbyte/s以上。多處理器接口。使多個(gè)處理器可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。
DSP處理器經(jīng)過單片化、EMC改造、增加片上外設(shè)，或在通用單片機(jī)或SOC中增加DSP協(xié)處理器，從而發(fā)展成為嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)，推動(dòng)嵌入式DSP處理器發(fā)展的因素主要是嵌入式系統(tǒng)的智能化。目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。
DSP通用DSP的主要市場(chǎng)在于通信應(yīng)用，而嵌入式DSP則主要應(yīng)用于消費(fèi)電子產(chǎn)品，比如DVD播放器和刻錄機(jī)、機(jī)頂盒、音視頻接收設(shè)備、MP3播放器和數(shù)碼相機(jī)等。但是，WLAN、DSL和線纜寬帶網(wǎng)絡(luò)等通信芯片也帶有嵌入式DSP。
嵌入式系統(tǒng)和嵌入式微處理器
嵌入式系統(tǒng)一般指非PC系統(tǒng)，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲(chǔ)器及外設(shè)器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件(OS)(要求實(shí)時(shí)和多任務(wù)操作)和應(yīng)用程序編程。有時(shí)設(shè)計(jì)人員把這兩種軟件組合在一起。應(yīng)用程序控制著系統(tǒng)的運(yùn)作和行為;而操作系統(tǒng)控制著應(yīng)用程序編程與硬件的交互作用。
嵌入式系統(tǒng)的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個(gè)特點(diǎn)：
1、對(duì)實(shí)時(shí)多任務(wù)有很強(qiáng)的支持能力，能完成多任務(wù)并且有較短的中斷響應(yīng)時(shí)間，從而使內(nèi)部的代碼和實(shí)時(shí)內(nèi)核心的執(zhí)行時(shí)間減少到最低限度。
2、具有功能很強(qiáng)的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能。這是由于嵌入式系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現(xiàn)錯(cuò)誤的交叉作用，需要設(shè)計(jì)強(qiáng)大的存儲(chǔ)區(qū)保護(hù)功能，同時(shí)也有利于軟件診斷。
3、可擴(kuò)展的處理器結(jié)構(gòu)，以能最迅速地開展出滿足應(yīng)用的最高性能的嵌入式微處理器。
4、嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動(dòng)的計(jì)算和通信設(shè)備中靠電池供電的嵌入式系統(tǒng)更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級(jí)。
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