嵌入式处理器
嵌入式微处理器的组成
嵌入式微处理器的组成嵌入式微处理器是一种特殊的微处理器，它通常被嵌入到各种设备中，例如家用电器、汽车、工业机器人等。
由于其小巧、低功耗和高性能等特点，嵌入式微处理器在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
本文将介绍嵌入式微处理器的组成，包括CPU、内存、外设等方面。
一、CPUCPU是嵌入式微处理器的核心部件，负责处理各种指令和数据。
与桌面计算机的CPU相比，嵌入式微处理器的CPU通常采用更小、更简单的设计。
它们通常具有低功耗、高效率、可靠性和安全性等特点。
嵌入式微处理器的CPU可以分为两类：RISC和CISC。
RISC （Reduced Instruction Set Computer）指令集计算机采用较少的指令，每个指令执行的操作都比较简单，因此它们的指令执行速度较快。
CISC（Complex Instruction Set Computer）指令集计算机则采用较多的指令，每个指令可以执行更复杂的操作，但执行速度较慢。
目前，大多数嵌入式微处理器采用RISC架构。
二、内存内存是嵌入式微处理器的另一个重要组成部分。
它通常被用来存储程序代码和数据。
嵌入式微处理器的内存可以分为两类：ROM和RAM。
ROM（Read-Only Memory）只能读取，不能写入。
它通常被用来存储程序代码和常量数据，例如设备的固件。
ROM的优点是可靠性高，但缺点是无法修改，需要重新烧录才能更新。
RAM（Random Access Memory）可以读取和写入。
它通常被用来存储临时数据和变量。
RAM的优点是灵活性高，但缺点是可靠性低，需要电源供应才能保持数据。
除了ROM和RAM，嵌入式微处理器还可以使用闪存、EEPROM等非易失性存储器。
它们可以在断电或重启后保持数据，因此适合存储一些需要长期保存的数据。
三、外设外设是嵌入式微处理器的另一个重要组成部分。
它们可以为嵌入式系统提供各种功能和接口。
嵌入式微处理器的外设可以分为以下几类：1.输入输出接口：包括GPIO（General Purpose Input/Output）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）、I2C（Inter-Integrated Circuit）等。
嵌入式处理器分类及选型
来源: Microdesign Resources
2001年嵌入式芯片市场份额 市场份额
ARM
MIPS Hitachi SH PowerPC Others
74.6 %
11.5% 8.3% 4.3% 1.3%
以上数据来自andrew Allision的报告。
芯片选型
处理器功能满足需求，取决于片上资源 价格便宜 速度够快
功耗够低
生产方便 供货持久，取决于供应商 开发容易，取决于开发工具
AMD186
ARM
AT91xx、S3C4510、EP7312
MIPS
CPU32
…… 流行体系结构有30几个系列
1999年嵌入式芯片市场情况
PowerPC 3% x86 7% Hitachi SH 9% i960 2%
SPARC 1%
ARM 38%
MIPS 15% 68K/Coldfire 25%
嵌入式处理器分类及选型
处理器分类
数据处理能力 8 位
8051、M68HC05、PIC12Cxx、AT90xx
16 位
AT91xx
32 位
AMD186、S3C45xx、PowerPC、ColdFire
处理器分类
性能、功能、应用领域 微控制器 MCU
8051、M68HC05、PIC12Cxx、AT90xx
微处理器MPU
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU，在功能上和标准微 处理器基本相同。 电路板包含ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。 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PC104等。
嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、ColdFire、 Power PC、MIPS、ARM系列等。
嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)
經過單晶片化、電磁相容性 (EMC) 改造、增加晶片上週邊設備 增加DSP輔助運算器
是嵌入式系統的智慧化 REAL DSP處理器，特點是具備雙哈佛架構 ( Harvard architecture) 和雙乘/累加單元
10
嵌入式晶片上系統 (System On Chip)
在一個矽晶片上實現一個更為複雜系統 各種通用處理器核心將成為 SoC 設計的標準庫，成為 VLSI 設計中一種標準的器件，可以用標準的 VHDL 等語 言描述，並儲存在元件庫中 除個別無法集成的元件以外，整個嵌入式系統大部分均可 集成到一塊或幾塊晶片中 應用系統電路板將變得很簡潔，對於減小體積和功率消耗、 提高可靠性非常有利。 SOC可以分為通用和專用兩類
5
嵌入式系統的特性
1. 配合特定應用的特殊設計 2. 高效率 3. 產品壽命較長 4. 穩定的系統 5. 不易被竊取和高安全性 6. 容易操作
6
嵌入式系統的分類
1. 嵌入式微處理器 (Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 2. 嵌入式微控制器 (Microcontroller Unit, MCU) 3. 嵌入式DSP處理器 (Embedded Digital Signal Processor, EDSP) 4. 嵌入式晶片上系統 (System On Chip)
Embedded Linux
15
嵌入式系統開發平台
Intel 公司的 StrongARM 系列 Motorola 公司的 DragonBall系列
NEC公司的VR系列
Hitachi控制器 (Microcontroller Unit, MCU)
又稱單晶片，就是將整個電腦系統匯集到一塊晶片中 是以某一種微處理器內核為核心，晶片內部整合
史上最全！常见的嵌入式处理器对比分析...文末还有精彩福利哦！
史上最全！常见的嵌⼊式处理器对⽐分析...⽂末还有精彩福利哦！嵌⼊式处理器简介嵌⼊式处理器是嵌⼊式系统的核⼼，是控制、辅助系统运⾏的硬件单元。
范围极其⼴阔，从最初的4位处理器，⽬前仍在⼤规模应⽤的8位单⽚机，到最新的受到⼴泛青睐的32位，64位嵌⼊式CPU。
⾃微处理器的问世以来，嵌⼊式系统得到了飞速的发展，嵌⼊式处理器毫⽆疑问是嵌⼊式系统的核⼼部分，嵌⼊式处理器直接关系到整个嵌⼊式系统的性能。
通常情况下嵌⼊式处理器被认为是对嵌⼊式系统中运算和控制核⼼器件总的称谓。
世界上具有嵌⼊式功能特点的处理器已经超过1000种，流⾏体系结构包括MCU，MPU等30多个系列。
鉴于嵌⼊式系统⼴阔的发展前景，很多半导体制造商都⼤规模⽣产嵌⼊式处理器，并且公司⾃主设计处理器也已经成为了未来嵌⼊式领域的⼀⼤趋势，其中从单⽚机、DSP到FPGA有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。
嵌⼊式处理器的寻址空间可以从64kB到16MB，处理速度最快可以达到2000 MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不等。
特点嵌⼊式微处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的，但是⼯作稳定性更⾼，功耗较⼩，对环境（如温度、湿度、电磁场、振动等）的适应能⼒强，体积更⼩，且集成的功能较多。
在桌⾯计算机领域，对处理器进⾏⽐较时的主要指标就是计算速度，从33MHz主频的386计算机到3GHz主频的PenTIum 4处理器，速度的提升是⽤户最主要关⼼的变化，但在嵌⼊式领域，情况则完全不同。
嵌⼊式处理器的选择必须根据设计的需求，在性能、功耗、功能、尺⼨和封装形式、SoC程度、成本、商业考虑等等诸多因素之中进⾏折中，择优选择。
嵌⼊式处理器做为嵌⼊式系统的核⼼，嵌⼊式处理器担负着控制、系统⼯作的重要任务，使宿主设备功能智能化、灵活设计和操作简便。
为合理⾼效的完成这些任务，⼀般说，嵌⼊式处理器具有以下特点：很强的实时多任务⽀持能⼒，存储区保护功能，可扩展的微处理器结构，较强的中断处理能⼒，低功耗。
嵌入式处理器的主要特点
嵌入式处理器的主要特点创易电子整理出品，创易更懂电子， / 全系列阻容感一本全掌控。
2.1嵌入式微处理器的优点2.1.1 低功耗2.1.2功能丰富2.1.2其他2.2嵌入式微处理器的特点三常用处理器概况3.1 处理器分类现状3.1.1嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)3.1.2 嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)3.1.3 嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)3.1.4嵌入式片上系统(System On Chip)3.2 处理器的主要参数3.2.1主频3.2 处理器的缓存四处理器比较4.1 嵌入式控制器和嵌入式处理器的比较4.2 常见处理器简介及特点4.2.1 ARM处理器4.2.2 MIPS4.2.3 Power PC4.2.4 X864.2.5 DSP4.3 应用领域4.3.1 ARM4.3.2 MIPS4.3.3 PowerPC4.3.4 X864.3.5 DSP随着数字信息技术和网络技术高速发展，嵌入式系统已经广泛地渗透到科学研究、工程设计、军事技术、各类产业和商业文化艺术以及人们的日常生活等方方面面中。
国内外各种嵌入式产品进一步开发和推广，嵌入式技术越来越和人们的生活紧密结合。
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，目前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16-32MB，处理速度从O.IMIPS到2000MIPS, 常用封装从8个引脚到144个引脚。
嵌入式处理器的分类
行DSP算法，因而能够对离散时间信号进行极快的处理计算，提高了编 译效率和执行速度。
11
3. 嵌入式DSP（Distal Signal Processor）
• 在数字滤波、FFT、频谱分析等方面，嵌入式 DSP获得了大规模的应用。
• SOC最大的特点就是成功实现了软、硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入式操作系统 的代码模块，满足了单片系统要求的高密度、高速度、高性能、小体积、低电压和低 功耗等指标。
14
４.嵌入式片上系统（System on Chip）
• 目前比较典型的几款SoC产品包括Simens的TriCore、Philips的Smart XA、Motorola 的M-Core、某此ARM系列器件、Echelon和Motorola联合研制的Neuron芯片等。
• Introduced in1874 • 8-bit architecture • Still used in some
micorcontroller applications!
6
1.嵌入式微控制器（MicroController）
• 与嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单 片化，体积大大减少，从而使功耗和成本降低，可 靠性提高。
嵌入式处理器的分类
2
学习内容
1. 嵌入式微控制器（MCU） 2. 嵌入式微处理器（MPU） 3. 嵌入式DSP处理器（DSP） 4. 嵌入式片上系统（SOC）
3
嵌入式处理器的分类
嵌入式处理器
嵌入理器 （DSP）
嵌入式片上系统 （SoC）
4
1.嵌入式微控制器（MicroController）
嵌入式处理器的分类
嵌入式处理器的分类嵌入式处理器的分类全世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种，流行的体系结构有30多个系列。
现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，下面yjbys店铺为大家准备了关于嵌入式处理器的分类，欢迎阅读。
1、嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)嵌入式处理器的基础是通用CPU，在应用中，将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应应用有关的母板功能，这样可以大幅度减少系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高等优点，但是设计中需外加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。
嵌入式处理器目前主要有Aml86/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM系列等。
2、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片芯片中。
嵌入式微控制器一般以某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、脉冲调制输出、A/D、D/A、Flash等各种必要功能和外设。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减少，从而使功耗和成本下降、可靠性提高。
嵌入式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，故称为微控制器。
嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的`通用系列有8051、P51XA、MCS-251/96、MC68HC05/11/16、68300等。
3、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，指令执行速度快。
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析
浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析嵌入式处理器是一种专门用于控制设备的微处理器。
在嵌入式系统中，处理器应当尽可能地节约资源，以达到低功耗和低成本的目的。
常见的嵌入式处理器有ARM、AVR、PIC、MSP等，下文将从性能、功耗、可扩展性、开发环境等方面对它们进行比较分析。
ARMARM架构的处理器广泛应用于手机、平板电脑、数字电视、音乐播放器等消费类电子设备上。
ARM的主要特点是采用精简指令集（Reduced Instruction Set Computing, RISC）的架构，具有高性能、低成本、低功耗等特点，因此广泛应用于电子设备。
ARM还有一个优势，就是它的生态系统完善。
有很多公司提供已经调试好的ARM件和软件，使得嵌入式系统的开发变得更加容易。
AVRAVR是一款基于Harvard架构的嵌入式处理器，主要由Atmel公司开发。
AVR 处理器具有低功耗，可扩展性和良好稳定性等特点。
AVR固件可以轻松地配置和建立基于Arduino板的嵌入式系统，还支持多种编程语言，如C、C++ 和Assembly等。
AVR的缺点是易于受到高噪音电磁干扰的影响。
PICPIC是一款以Harvard架构为基础，由微芯科技公司开发的嵌入式微处理器。
与ARM架构不同，PIC采用复杂指令集（Complex Instruction Set Computing，CISC）架构，具有较高的代码密度，可以减少程序代码和ROM存储器的使用量。
另外，PIC具有低成本和高可扩展性，可作为家庭电器及电子设备的处理单元。
需要注意的是，由于PIC占用的存储器较小，其处理速度也相对较慢。
MSPMSP是美国德州仪器（TI）公司推出的一种嵌入式微控制器。
与ARM、AVR等相比，MSP的功耗更低，整体成本也更为便宜。
MSP具有高度可扩展性，开发者可以选择不同的内存、硬件和引脚，以满足各种应用的需求。
MSP还可以使用MSP430Ware套件，使开发人员更容易地开发出嵌入式系统。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 一般CISC计算机所含的指令数目至少300条以上，有的甚至超过500条． • 日益庞大的指令系统不仅使计算机研制周期变长，而且还有难以调试、
RTOS核 I/O系统
硬件无关软件系统 应用程序（Applications）
RTOS库 文件系统
协议栈 （TCP/IP）
硬件抽象层——BSP&驱动
FLASH驱动 SCSI驱动 MMU驱动 Cache驱动 设备驱动
CPU
存储
硬件
外围设备
电源
应用层 系统软件层 硬件层
指令结构
RISC CISC VILW ……
• PC时代，Intel与Microsoft最大，核心价值全 部掌握在他们的手里，他们对产业链下游具 有生杀予夺的权力，PC作为一种产品，其模 式非常固定。
• 现在：谁能够找到用户的真正需求，谁将是 产业链条中的王者。
嵌入式处理器特点
可移动 低功耗
Title
集成度
• 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理 器，
嵌入式处理器
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
• 后PC时代，有一种东西，更加明显地，把整 个半导体产业链粘合在一起。这种东西叫做： “用户的真正需求”。
嵌入式处理器的特点
• 继承了整个PC机时期的技术成就； • 种类多； • 面向应用的专用芯片； • 新技术的不断应用； • 使用寿命长； • 低功耗、低电压
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
• 嵌入式硬件系统
– 嵌入式处理器 – 各种类型存储器 – 模拟电路及电源 – 接口控制器及接插件
• 1979年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加州大学伯克莱分校开展这一研 究．结果表明，CISC存在许多缺点 – 首先．在这种计算机中．各种指令的使用率相差悬殊：一个典型程序的运算过程所使 用的80％指令．只占一个处理器指令系统的20％．事实上最频繁使用的指令是取、存 和加这些最简单的指令．也就是说，机器执行的指令中85％左右的都是简单指令，复 杂指令甚少，这样-来，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种难得在 实践中用得上的指令系统的处理器．同时．复杂的指令系统必然带来结构的复杂 性．这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误 – 尽管VLSI技术现在已达到很高的水平，但也很难把CISC的全部硬件做在一个芯片上， 这也妨碍单片计算机的发展．在CISC中，许多复杂指令需要极复杂的操作，这类指令 多数是某种高级语言的直接翻版，因而通用性差 – 降低被频繁调用的简单指令系统的运行速度
• 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。
硬件无关软件系统 应用程序（Applications）
RTOS核 I/O系统
RTOS库 文件系统
协议栈 （TCP/IP）
• 嵌入式软件系统
– 设备驱动（Device Driver） – 板级支持包（BSP） – 实时操作系统（RTOS） – 协议栈（Protocol Stack） – 应用程序（Application）
• 芯片业者：调研板级设计者的真实需求。
• 什么样的东西应该集成？ • 什么样的东西应该给予设计者灵活性？ • 什么样的部件应该在SoC内部预留更多的资
源？ • 什么样的功能应该由OS去做而不是硬件化？
• 芯片设计者真实的苦恼是不知道自己该设计 出什么，而不是自己如何实现这个设计。
嵌入式时代的产业链价值核心
• 衣服的例子
各种SOC
各种OS
技术特点 各异的板 级设计
通用 定制化
不同消费取 向的消费者
差异化的 产品
什么是用户பைடு நூலகம்真正需求
• 产品的生产厂商：挖掘消费者内心需求，向 产业链的高端寻求技术的可行性；
• 板级的设计者：进一步抽象各个产品厂家的
需求，在更基础的平台上－－各种嵌入式SoC
处理器和嵌入式操作系统－－选择实现的方 案；
体系结构
存储结构
冯诺依曼结构 哈佛结构
什么是指令系统
• 指令
– 一般含义:指明要执行的操作以及操作的对象.
• 指令系统
– CPU依靠指令来计算和控制系统 – CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配
合的指令系统 – 指令系统指CPU能识别和执行的所有指令集合
指令系统
• CISC:Complex Instruction Set Computer • RICS:Reduced Instruction Set Computer • VLIW:Very Long(Large) Instruction Word
CISC
• 计算机性能的提高往往是通过增加硬件的复杂性来获得 • 随着集成电路技术（特别是VLSI）的迅速发展，为了软件编程方便和提
高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能 的指令和多种灵活的编址方式。
• 使硬件越来越复杂，造价也相应提高．为实现复杂操作，微处理器除向 程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外．还通过存于只读存贮器 (ROM)中的微程序来实现其极强的功能
电源供应 晶振电路 重置电路
Ports
核心处理器
Prescaler
中断 控制器
Timer Processor I/O Ports
DMA
A/D
调试接口
SRAM DRAM FLASH ROM
外围电路 和存储器
外部设备
USB
LCD
KEYBOARD
IRDA
OTHERS
嵌入式系统的软件结构
• 软件系统
– 实时操作系统（RTOS） – 协议栈（Protocol Stack） – 应用程序（Application）
难以维护等一些自身无法克服的缺点。比如，IBM公司的大、中型计算机， Intel公司的8086、80286、80386微处理器等。
RISC
• 采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力，对提高计算机的性能是有益 的
• IBM公司在纽约Yorktown的JhomasI.Wason研究中心于1975年组织力量研究指令系统的合 理性问题，因为当时已感到，日趋庞杂的指令系统不但不易实现．而且还可能降低系统性 能