近年来嵌入式硬件的发展

近年来嵌入式硬件的发展

施明

摘要：近年来随着移动处理、嵌入式应用的大量涌现，以及通用微处理器工艺水平和主频的不断提升，双核乃至四核的出现，功耗日益成为设计者必须关心的问题。这就要求嵌入式软硬件提出了新的要求，需要不断的改进和创新。本文围绕嵌入式近年的发展与更新，主要翻阅了十几篇论文，直接参考文献12篇，其中外文资料4篇。根据所阅读的文献通过对比浅析嵌入式硬件近年来的发展状况。

关键词：8位微控制器，32位微控制器，DSP核MPU

In recent years the development of embedded hardware

Abstract: in recent years as mobile processing, embedded application, as well as the general microprocessor to improve the technological level and frequency, dual-core and even the emergence of four nuclear power has increasingly become the designers must concern. This requires an embedded hardware and software is put forward new requirements, need continuous improvement and innovation. Around embedded in recent years, the development and updating, this paper mainly through more than ten papers, direct 12 references, including 4 foreign data. According to the reading of literature by comparing the embedded hardware is analysed in recent years the development of the situation

Key words：8-bit microcontroller.32-

bit microcontroller. DSP core MPU

一、引言

20世纪90年代后期，正处后PC机的前夜．开始兴起了嵌入式的第二次浪潮。随着手机的铺天盖地，惊醒了国内的专家和广大的单片机技术人员，引发了一场单片机与嵌入武的议论。无论改论是否有一致的认识，议论总是有益的。如果能取得一致的认识当然就更好。嵌入式，即嵌入式计算机，是从功能上说的。嵌入式计算机强调的要点是：计算机不为表现自己，而为辅助它所在的宿主设备．智能化地，剃现设备的功能。单片机的叫法，一，未能体现它初始的控制使命，二，它不能代表嵌入式的总体．仅是嵌入式中的类。尽管单片机的结构展示着嵌入式的极终方向，正如今日人们追求的SoC。单片机是Intel 初期的命名，但随后不久就改口叫微控制器了，并把它列入嵌入式器件的一类之中。

20年后，经过90年代PC机技术大发展的孕育迅速掀起了第二次嵌入式浪潮。如果第一次嵌入式浪潮的主力器件是8位的微控制器，第二次嵌入式浪潮的主力器件已经让位于32位的DSP—R1SC双核结构的微处理器。不然就不足以满足互联网和多媒体嵌入式产品的高速性和实时编解码的复杂技术需要，以及移动手持消费类产品非常节能和尽量廉价的苛划要求。为了叙述上的方便，我们可以把第一次嵌入式浪潮时流行的8位／16位微控制器称为传统微控制器，而把32位的DSP—RISC双核结构的微处理器叫做今日的嵌入式。下面分述传统微控制器近年的更新和今日嵌入式的概况。

二、文献重点讨论内容

1、传统微控制器(8位，16位)

首先讨论一下20年来传统微控制器(8能／16位)的更新。归纳而言，有下列几个方面：

I 、微控制器的CPU核向RISC演化

在传统微控制器领域内还是以当初Intel确立的哈佛结构(程序和数据存储器相分立的体系)和复杂指令集系统(cIsc)为主。只有少数厂家生产准精简指令集计算机(RIsc)。而32位RISC微处理器则是采用r冯尼曼结构。少数生产准精简指令集计算机(RISC—like)的厂家Microchip的8位PICI 2／16／17／

I 8Fxxx R1SC微控制器，Atmel的8位AVR RISC微控制器．SCENIX的8位

SX 1 8／20／28AC和SX48／52BD RISC微控制器。这3个厂家都使用了快闪存储器(FLASH)存放程序。但是，Vautomation Co的VUSB芯片．是在g位RISCMPUvg的基础上，增加了USB核。VUSB的硬件和其上的固件支撑USB的工作。V8 MPU和USB核共占用10000个门。USB核既可用}：主机端或设备端。USB命令可用C语言，API、以及硬件描述语言VHDL等进行修改。不改动硬件的条件下呵改变USB的包长和缓冲器长。如要改动硬件，需联系Vautomation，一家通过Internet提供更改硬件所需代码。

II 、提升指令执行速度

提高8位的振荡器频率或减少每机器周期包含的振荡器周期数都可以提高指令的执行速度。如Philips公司把12MHz的80C51从每机器周期所含振荡器周期数由12改为6，获得2倍速，Winband公司由12改为3获得4倍速，Cygrtal公司采用具有指令流水线结构的CIP一51核使约1／4指令提速12倍、约3／4指令提速6倍。目前8位单片机的频率1般可以高至33～

40MHz．所以．可以比较容易地从原来的1 M1PS提高到20 MIPS上下。但是，目前指令执行速度提高到50～100MIPS的多是R1SC指令的8位微控制器。一般RISC指令都不再与Intel 51指令相兼容。提升工作频率已受到普遍的重视。追求高性能而不以廉价为目的。片上提供半兆FLASH存储器，增加USB和Bluetooth通信接121，甚至考虑Ethernet接口，将通常32位机上的应用，如TCP／IP。语音识别和合成技术等下移到H 8。但是便携型设备的屏蔽措施较少．又是塑料外壳，噪声成为问题。曾将其频率提高到33MHz．可得20MIPS的性能，但很难通过家用电器B类FCC的条款规定，几经改进设计方法，最后才把内部噪声降下来和很好地抑制r外郎噪声。