发信人: redtiger (红虎), 信区: Embedded
标 题: 嵌入式系统综述之二
发信站: 饮水思源 (2001年11月20日22:07:39 星期二), 站内信件
嵌入式系统综述之二
嵌入式处理器分类与现状
北京塔斯金软件技术有限公司(BTS)
中国单片机公共实验室(BOL)
吕京建 肖海桥
(http://www.bol-system.com
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全世界嵌
入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行体系结构有30几个系列，其中8051体系
的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个，共350多种衍生产品，仅Philips
就有近100种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己
的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64kB到16MB，处理速度从0.1 MIPS
到2000 MIPS，常用封装从8个引脚到144个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下
面几类。
嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，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有关的母板功能，这样可以大幅度减小系统体积和
功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器
基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
和工业控制计算机相比，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，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，从而降低了
系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储器、总线、外设等安装在
一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104等。近年来，德国、日本的一些公
司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机系列OEM产品。
嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、AR
M系列等。
嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)
嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中
。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、
总线、总线逻辑、定时/计数器、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、
Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般一个系列的单
片机具有多种衍生产品，每种衍生产品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外
设的配置及封装。这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从
而减少功耗和成本。
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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。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、P51X
A、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MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、L
CD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P
PC555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。
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应用正从在通用单片机中以普通指令实现DSP功能，过渡到采用嵌入式DS
P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Infineon(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Texas Instruments的 TMS320系列和Motor
ola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，DSP561
00，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
可重置嵌入式DSP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。
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Infineon(Siemens)的TriCore，Motor
ola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。专用S
OC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
Smart XA，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
。
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