嵌入式微处理器的分类与特点
嵌入式系统的定义分类与特点
嵌入式系统的定义分类与特点嵌入式系统是一种特定功能的计算机系统，它主要用于控制、监测和操作各种电子设备和系统。
与通用计算机系统不同，嵌入式系统通常被嵌入到特定的机器或设备中，以完成特定的任务或功能。
嵌入式系统通常由硬件和软件组成，具有以下特点和分类。
一、特点1.实时性：嵌入式系统通常需要在严格的时间约束下完成任务，对于那些对时间要求敏感的应用来说，如空中交通控制、工业自动化等，实时性是嵌入式系统最重要的特点之一2.可靠性：嵌入式系统通常运行在不可控的环境中，如车辆、飞机等，因此可靠性是嵌入式系统的关键特点之一、嵌入式系统需要在各种不稳定的条件下长时间运行，并能适应各种异常情况。
3.低功耗：嵌入式系统通常使用电池或其他有限能源供电，因此低功耗是其重要特点之一、嵌入式系统需要优化硬件和软件设计，以最大程度地减少能耗，延长电池寿命。
4.小型化：嵌入式系统通常需要集成到较小的物理环境中，如智能手机、手表等。
因此，嵌入式系统需要小型化设计，以适应有限的空间和重量要求。
5.高性能：嵌入式系统通常需要处理大量的数据和复杂的计算任务，如高清视频处理、图像识别等。
因此，高性能是嵌入式系统的重要特点之一二、分类1.按应用领域划分：嵌入式系统可按其应用领域划分为工业控制系统、汽车电子系统、医疗设备系统、消费品电子等。
每个领域都有其特定的需求和要求，因此嵌入式系统的设计和实现方式也会有所不同。
2.按系统规模划分：嵌入式系统可按其系统规模划分为小型嵌入式系统和大型嵌入式系统。
小型嵌入式系统通常包括一些简单的功能和任务，如家用电器控制系统、智能手表等；大型嵌入式系统通常具有复杂的功能和任务，如军事导航系统、航空电子系统等。
3.按处理器架构划分：嵌入式系统可按其处理器架构划分为单片机嵌入式系统和微处理器嵌入式系统。
单片机嵌入式系统通常使用单片机作为核心处理器，功能简单，成本低，适用于一些简单的任务和应用；微处理器嵌入式系统通常使用微处理器作为核心处理器，功能复杂，成本较高，适用于一些复杂的任务和应用。
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。
嵌入式系统的分类
嵌入式系统的分类1、以硬件划分1.1嵌入式微控制器(Microcontrol lerUnit，也称MCU)单片机就属于嵌入式微控制器，单片机机心由ROM(或EPROM)、总线、总线逻辑、定时器(或计数器)、Watch Dog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等组成，它属于单片式设计，体积小、功耗低、成本小、可靠性高的特点，该类型的品种、数量都是最多的，目前嵌入式系统中，MCU在70年代就已经研制出来，但由于以上的特点，直到现在，它依然占有70%的市场份额。
1.2嵌入式微处理器(MicroProcessor Unit，又称MPU)嵌入式微处理器是根据计算机的CPU演变来的，然而与计算机处理器不同的是，它要求性能高、功耗低、体积小、成本小、重量轻、可靠性高的特点，以满足嵌入式环境下的特殊需求，如ARM系列广泛应用于手机终端，PowerPC系列广泛应用于航空系统。
1.3嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor，又称EDSP)DSP的算法理论在70年代就已经出现，那时还没有专门的DSP 处理器，只能用MPU的分立元件实现，然而处理的速度无法满足DSP算法要求，1982年，首枚DSP处理器诞生，它是专门用于处理信号的处理器，以信号处理的特殊要求在系统结构处理、算法上进行专门设计的处理器，它具有很高的编译效果与执行速度的功能。
80年代中期，诞生出基于CMOS工艺的DSP处理器，它的储容量和运算速度与前代相比都有飞跃性的提高、现在随着DSP处理器的不断发展，它的集成度更高、应用范围更广。
1.4嵌入片上系统(SystemOnChip，又称SOC)嵌入片上系统追求包容性最强的集成器件，它使现了软硬件无缝结合，在处理器片上直接嵌入操作系统的代码模块，因此具有很高的综合性。
使用SOC，SOC一般是专用的芯片，它具有系统简洁、体积小、功耗小、可靠性高、生产效率高的特点。
单片机、ARM、DSP、FPGA的技术特点和区别单片机
单片机、ARM、DSP、FPGA的技术特点和区分- 单片机单片机作为最典型的嵌入式处理器，它的成功应用推动了嵌入式系统的进展。
单片机以体积小、功能强、牢靠性好、性能价格比高等特点，已成为实现工业生产技术进步和开发机电一体化和智能化测控产品的重要手段。
图2所示为单片机。
图1单片机图2ARM处理器ARM（AdvancedRISCMachines）是微处理器行业的一家知名企业，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。
ARM架构是面对低预算市场设计的第一款RISC微处理器，基本是32位单片机的行业标准，它供应一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案，四个功能模块可供生产厂商依据不同用户的要求来配置生产。
目前ARM在手持设备市场占有90以上的份额，可以有效地缩短应用程序开发与测试的时间，也降低了研发费用。
图3所示为ARM处理器。
DSP（digitalsignalprocessor）是一种独特的微处理器，有自己的完整指令系统，是以数字信号来处理大量信息的处理器。
图4所示为TI公司的DSP处理器系列。
DSP实时运行速度可达每秒数以千万条简单指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
图3DSP芯片FPGA是英文FieldProgrammableGateArray（现场可编程门阵列）的缩写，它是在PAL、GAL、PLD等可编程器件的基础上进一步进展的产物，并非是一种处理器。
用户可对FPGA内部的规律模块和I/O模块重新配置，以实现用户的规律。
FPGA能完成任何数字器件的功能。
目前FPGA的品种很多，有XILINX的XC系列、TI公司的TPC系列、ALTERA公司的FIEX系列等。
图4所示为ALTERA公司的FPGA产品系列。
图4FPGA产品。
嵌入式微处理器的分类与特点
1.2.1 嵌入式处理器的分类与特点1．嵌入式微处理器的分类嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般把嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。
（1）嵌入式微控制器（MicroController(微控制器) UnitMCU的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。
MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FLASH RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。
为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得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相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。
由于MCU目前在产品的品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多的，而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
通常，MCU可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等。
而比较有代表性的半通用系列，如支持USB 接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等的众多专用MCU 和兼容系列。
（2）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU）MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的。
MPU采用增强型通用微处理器。
由于嵌入MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。
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。
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嵌⼊式系统第⼀章⼀、嵌⼊式系统的定义：从技术⾓度定义：以应⽤为中⼼，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应应⽤系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等严格要求的专⽤计算机系统，是将应⽤程序、操作系统和计算机硬件集成在⼀起的系统。
⼆、常见的嵌⼊式操作系统：1.WindowsEmbedded2.VxWorks3.µC/OS4.QNX5.嵌⼊式Linux6.安卓系统三、嵌⼊式系统的特点：专⽤型强体积⼩型化实时性好可裁剪性好可靠性⾼功耗低不可垄断性四、嵌⼊式处理器有两个体系结构，特点，优缺点冯诺依曼体系结构和哈弗体系结构冯诺依曼：程序和数据共享⼀个存储空间；程序指令存储地址和数据存储地址指向⼀个存储器的不同物理位置；采⽤单⼀的地址及数据总线；程序指令和数据宽度相同。
处理器在执⾏指令时，必须从存储器中取出指令解码，再取操作数执⾏运算，在⾼速运算的时候，容易在传输通道上出现瓶颈效应。
哈弗：程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独⽴的存储器，每个存储器独⽴编址、独⽴访问。
与两个存储器相对应的是系统中的4套总线：程序的数据总线和地址总线，数据的数据总线和地址总线。
这种分离的程序总线和数据总线可允许在⼀个机器周期内同时获取指令字和操作数，从⽽提⾼了执⾏速度，⼜由于程序和数据存储器在两个分开的物理空间中，因⽽取值和执⾏能够完全重叠，提⾼了运算速度。
五、嵌⼊式微处理器的分类(P10)嵌⼊式微处理器根据功能、结构、性能运算特点和使⽤⽅法等多⽅⾯的综合因素可以粗略分成嵌⼊式微控制器(MCU)、嵌⼊式微处理器(MPU)、数字信号处理器（DSP)）、CPLD/FPGA、⽚上系统（SOC）等5类。
SOC往往是在FPGA上实现的。
六、嵌⼊式微处理器如何选型（P13）1.技术指标2.熟悉原则3.成本原则4.⽀持⼯具原则5，整体原则第⼆章⼀、RISC（精简指令集）特点：1.⼤的、统⼀的寄存器⽂件2.装载/保存结构，数据处理操作只针对寄存器的内容，⽽不是直接对存储器进⾏操作。
嵌入式微处理器分类
嵌入式微处理器分类：根据微处理器的字长宽度：微处理器可分为4位、8位、16位、32位、64位。
一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器，32位以上的称为嵌入式微处理器。
根据微处理器系统集成度，可划分为两类：一般用途的微处理器，即微处理器内部仅包含单纯的中央处理单元；单芯片微控制器，即将CPU、Rom、RAM及I/O等部分集成到同一个芯片上。
根据嵌入式微处理器的用途：可分为以下几类：1、嵌入式微控制器（MCU），又称为单片机。
微控制器的片上外设资源通常比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
微控制器芯片内部集成有ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出（PWM）、A/D、D/A、Flash、EEPROM等各种必要功能和外设。
微控制器的最大特点是单片化，功耗成本低，可靠性高。
常用的有8051、MCS系列、C540、MSP430系列等，目前，微控制器占嵌入式系统的约70%的市场份额。
2、嵌入式微处理器（EMPU）。
由通用计算机中的CPU发展而来，主要特点是具有32位以上的处理器，具有比较高的性能，价格也较高。
与计算机CPU不同的是，在实际嵌入式应用中，只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其它的冗余功能部分，因此其体积小、重量轻、功耗低、成本低及可靠性高。
通常嵌入式微处理器把CPU、ROM、RAM及I/O等元件做到同一个芯片上，也称为单板计算机。
目前，主要的嵌入式微处理器有ARM、MIPS、POWER PC和基于X86的386EX等。
特点：嵌入式微处理器与通用CPU最大的不同在于嵌入式微处理器大多工作在为特定用户群所专用设计的系统中，它将通用CPU许多由板卡完成的任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统在设计时趋于小型化，同时还具有很高的效率和可靠性。
嵌入式微处理器的体系结构可以采用冯·诺依曼体系或哈佛体系结构；指令系统可以选用精简指令系统（Reduced Instruction Set Computer，RISC）和复杂指令系统CISC（Complex Instruction Set Computer，CISC）。
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1.2.1 嵌入式处理器的分类与特点
1．嵌入式微处理器的分类
嵌入式系统的核心部件是嵌入式处理器，一般把嵌入式处理器分成4类，即嵌入式微控制器、嵌入式微处理器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。
（1）嵌入式微控制器（MicroController(微控制器) Unit
MCU的典型代表是单片机，它将整个计算机系统集成到一块芯片中。
MCU一般以某种微处理器内核为核心，根据某些典型的应用，在芯片内部集成了ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、FLASH RAM、EEPROM等各种必要功能部件和外设。
为适应不同的应用需求，对功能的设置和外设的配置进行必要的修改和裁减定制，使得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相同，不同的是存储器和外设的配置及功能的设置。
这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，从而减少整个系统的功耗和成本。
和嵌入式微处理器相比，微控制器的单片化使应用系统的体积大大减小，从而使功耗和成本大幅度下降、可靠性提高。
由于MCU目前在产品的品种和数量上是所有种类嵌入式处理器中最多的，而且上述诸多优点决定了微控制器是嵌入式系统应用的主流。
微控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称为微控制器。
通常，MCU可分为通用和半通用两类，比较有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、68300等。
而比较有代表性的半通用系列，如支持USB 接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN总线、LCD等的众多专用MCU 和兼容系列。
（2）嵌入式微处理器（MicroProcessor Unit，MPU）
MPU是由通用计算机中的CPU演变而来的。
MPU采用增强型通用微处理器。
由于嵌入式系统通常应用于环境比较恶劣的环境中，因而MPU在工作温度、电磁兼容性以及可靠性方面的要求较通用的标准微处理器高。
但是，MPU在功能方面与标准的微处理器基本上是一样的。
根据实际嵌入式应用要求，将MPU装配在专门设计的主板上，只保留和嵌入式应用有关的主板功能，这样可以大幅度减小系统的体积和功耗。
和工业控制计算机相比，MPU组成的系统具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但在其电路板上必须包括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。
由MPU及其存储器、总线、外设等安装在一块电路主板上构成一个通常所说的单板机系统。
嵌入式处理器目前主要有AM186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MPIS、ARM系列等。
（3）嵌入式数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）
DSP是专门用于信号处理方面的处理器，其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计，具有很高的编译效率和指令执行速度。
在数字信号处理应用中，各种数字信号处理算法很复杂，这些算法的复杂度可能是o （nm）的，甚至是NP的，一般结构的处理器无法实时的完成这些运算。
由于DSP对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于实时地进行数字信号处理。
在数字滤波、fft、谱分析等方面，DSP算法正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DSP。
嵌入式DSP处理器有两类：（1）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。
（2）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。
另外，在有关智
能方面的应用中，也需要嵌入式DSP处理器，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处理器的优势所在。
嵌入式DSP处理器比较有代表性的产品是TI的TMS320系列和Motorola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、DSP56100、DSP56200和DSP56300等几个不同系列的处理器。
（4）嵌入式片上系统（System On Chip，SOC）
嵌入式SOC是追求产品系统最大包容的集成器件。
SOC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。
而且SOC具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统。
用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制庞大复杂的电路板，一点点地连接焊制，只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。
随着edi的推广和VLSI设计的普及化，以及半导体工艺的迅速发展，可以在一块硅片上实现一个更为复杂的系统，这就产生了SOC 技术。
各种通用处理器内核将作为SOC 设计公司的标准库，和其它许多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、VERLOG等硬件语言描述，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。
这样除某些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单，对于减小整个应用系统体积和功耗、提高可靠性非常有利。
2．嵌入式微处理器的特点
嵌入式微处理器是嵌入式系统的核心，嵌入式微处理器一般就具备以下4个特点：
（1）对实时多任务有很强的支持能力，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从而使内部的代码和实时内核心的执行时间减少到最低限度。
（2）具有功能很强的存储区保护功能。
这是由于嵌入式系统的软件结构已模块化，而为了避免在软件模块之间出现错误的交叉作用，需要设计强大的存储区保护功能，同时也有利于软件诊断。
（3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满足应的最高性能的嵌入式微处理器。
（4）嵌入式微处理器必须功耗很低，尤其是用于便携式的无线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌入式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW级。