嵌入式處理器分類

根據其現狀，嵌入式處理器可以分成下面幾類：?

嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU）

嵌入式微處理器是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特征是具有32位以上的處理器，具有較高的性能，當然其價格也相應較高。但與計算機處理器不同的是，在實際嵌入式應用中，只 保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點。目前主要的嵌入式處理器類型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。

其中Arm/StrongArm是專為手持設備開發(fā)的嵌入式微處理器，屬于中檔的價位。

嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是單片機，從70年代末單片機出現到今天，雖然已經經過了20多年的歷史，但這種8位的電子器件目前在嵌入式設備中仍然有著極其廣泛的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從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統工業(yè)的主流。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。

由于MCU低廉的價格，優(yōu)良的功能，所以擁有的品種和數量最多，比較有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、C540、C541，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統約70%的市場份額。近來Atmel出產的Avr單片機由于其集成了FPGA等器件，所以具有很高的性價比，勢必將推動單片機獲得更高的發(fā)展。

嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)

DSP處理器是專門用于信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，具有很高的編譯效率和指令的執(zhí)行速度。在數字濾波、FFT、譜分析等各種儀器上DSP獲得了大規(guī)模的應用。

DSP的理論算法在70年代就已經出現，但是由于專門的DSP處理器還未出現，所以這種理論算法只能通過MPU等由分立元件實現。MPU較低的處理速度無法滿足DSP的算法要求，其應用領域僅僅局限于一些尖端的高科技領域。隨著大規(guī)模集成電路技術發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應用。至80年代中期，隨著CMOS技術的進步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。到80年代后期，DSP的運算速度進一步提高，應用領域也從上述范圍擴大到了通信和計算機方面。90年代后，DSP發(fā)展到了第五代產品，集成度更高，使用范圍也更加廣闊。

目前最為廣泛應用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用范圍。

SoC（system on chip）片上系統

SoC追求產品系統最大包容的集成器件，是目前嵌入式應用領域的熱門話題之一。SOC最大的特點是成功實現了軟硬件無縫結合，直接在處理器片內嵌入操作系統的代碼模塊。而且SOC具有極高的綜合性，在一個硅片內部運用VHDL等硬件描述語言，實現一個復雜的系統。用戶不需要再像傳統的系統設計一樣，繪制龐大復雜的電路板，一點點的連接焊制，只需要使用精確的語言，綜合時序設計直接在器件庫中調用各種通用處理器的標準，然后通過仿真之后就可以直接交付芯片廠商進行生產。由于絕大部分系統構件都是在系統內部，整個系統就特別簡潔，不僅減小了系統的體積和功耗，而且提高了系統的可靠性，提高了設計生產效率。

由于SOC往往是專用的，所以大部分都不為用戶所知，比較典型的SOC產品是Philips的Smart XA。少數通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯合研制的Neuron芯片等。

預計不久的將來，一些大的芯片公司將通過推出成熟的、能占領多數市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網絡及系統邏輯等應用領域中發(fā)揮重要作用。

目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過1000種，流行體系結構包括MCU，MPU等30多個系列。鑒于嵌入式系統廣闊的發(fā)展前景，很多半導體制造商都大規(guī)模生產嵌入式處理器，并且公司自主設計處理器也已經成為了未來嵌入式領域的一大趨勢，其中從單片機、DSP到FPGA有著各式各樣的品種，速度越來越快，性能越來越強，價格也越來越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達到2000 MIPS，封裝從8個引腳到144個引腳不等。

嵌入式微處理器與普通臺式計算機的微處理器設計在基本原理上是相似的，但是工作穩(wěn)定性更高，功耗較小，對環(huán)境(如溫度、濕度、電磁場、振動等)的適應能力強，體積更小，且集成的功能較多。在桌面計算機領域，對處理器進行比較時的主要指標就是計算速度，從33MHz主頻的386計算機到現在3GHz主頻的Pentium 4處理器，速度的提升是用戶最主要關心的變化，但在嵌入式領域，情況則完全不同。嵌入式處理器的選擇必須根據設計的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業(yè)考慮等等諸多因素之中進行折中，擇優(yōu)選擇。

本書以Altera工公司開發(fā)的Nios嵌入式處理器軟核為例，介紹了嵌入式處理器的組成原理和開發(fā)應用。全書分為6章:第1、2章介紹嵌入式處理器的組成原理，主要介紹嵌入式處理器的系統組件;第3、4章介紹嵌入式處理器的開發(fā)環(huán)境，包括硬件開發(fā)環(huán)境和軟件開發(fā)工具SOPC Builder、QuartusⅡ以及嵌入式軟件開發(fā)開具GNUPro的使用;第5、6章結合實例介紹嵌入式處理器的應用，主要介紹Nios系統設計和C程序編程與調試。

本書將Nios嵌入式處理器和現場可編程門陣列(FPGA)緊密結合起來，將系統設計和軟件編程融為一體，綜合了數字邏輯電路、微機原理和接口技術以及C語言程序設計，內容新穎，實用性強，特別適合于研究和開發(fā)各種嵌入式系統的工程師和研究人員閱讀，同時也可以作為計算機應用系統課程的教材以供相關專業(yè)的本科生研究生學習和參考。

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