嵌入式微处理器及应用
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。
嵌入式应用对微处理器的需求
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上 。例如 ，针对工业 自动化和 控制应用的微处理 器需要集成 控制器局域 网（ ＣＡＮ） 模块 ， 而 对于寻 求灵活 的 ＵＳ Ｂ连接的 开发人 员， 集成的 ＵＳ Ｂ控制器
器解决方案 。高性价 比、高集
成度 、高度灵活 的微 处理器能
帮助终端 产品在性能 、价格竞
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系统功耗 ，简化 工程师的设计 。随 着对 取更低 的系统成本 。
集成度更 高的要求 ，微处理器片上 不但
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什么是DSP？DSP、单片机MCU、嵌入式微处理器的区别
什么是DSP？DSP、单⽚机MCU、嵌⼊式微处理器的区别DSP有两个意思，既可以指数字信号处理这门理论，此时它是Digital Signal Processing的缩写；也可以是Digital Signal Processor的缩写，表⽰数字信号处理器，有时也缩写为DSPs，以⽰与理论的区别。
本书中DSP仅⽤来代表数字信号处理器。
DSP属于嵌⼊式处理器。
在介绍DSP之前，先扼要地介绍⼀下嵌⼊式处理器。
简单的说，嵌⼊式处理器就是嵌⼊到应⽤对象系统中的专⽤处理器，相对于通⽤CPU（如x86系列）⽽⾔，⼀般对价格尺⼨、功耗等⽅⾯限制⽐较多嵌⼊式处理器⼤体可分为以下⼏类：1 嵌⼊式微处理器嵌⼊式微处理器可谓是通⽤计算机中CPU的微缩版。
相对于通⽤CPU，嵌⼊式微处理器具有体积⼩、功耗少、成本低的优点，当然在速度上也慢⼀些嵌⼊式微处理器在软件配置上常常可以运⾏嵌⼊式操作系统，应⽤于⽐较⾼档的领域。
典型的如32位的ARM、64位的MIPS。
2 嵌⼊式微控制器嵌⼊式微控制器的最⼤特点是单⽚化，常称为单⽚机。
顾名思义，单⽚机就是将众多的外围设备（简称外设，如A/D，IO等）集成到⼀块芯⽚中，从⽽⼤幅度降低了成本。
单⽚机⾮常适合控制领域，典型的如⼤名⿍⿍的51系列。
3 专⽤微处理器相对于上述⽐较通⽤的类型，专⽤微处理器是专门针对某⼀特定领域的微处理器。
如昂贵的视频游戏机微处理器等。
DSP本质上也属于专⽤微处理器DSP对系统结构和指令进⾏了优化设计，使其更适合于执⾏数字信号处理算法（如FFT，FIR等）。
DSP运⾏速度⾮常快，在数字信号处理的⽅⽅⾯⾯⼤显⾝⼿。
由于越来越⼴泛的领域需要⾼速数字信号处理，DSP也有越来越通⽤化的倾向，常常可以把DSP单独列成⼀类。
TI的DSP包括哪些系列？⾃1982年推出第⼀款DSP后，德州仪器公司（Texas Instrument简称TI）不断推陈出新、完善开发环境，以其雄厚的实⼒在业界得到50%左右的市场份额。
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。
嵌入式系统的原理和应用
嵌入式系统的原理和应用嵌入式系统是一种计算机系统，它通常是用于控制、监视、数据采集等特定目的的。
与个人计算机和服务器等通用计算机系统不同，嵌入式系统的硬件和软件被特别设计和优化，以适应其特定用途的要求。
本文将介绍嵌入式系统的工作原理和应用领域。
一、嵌入式系统的工作原理嵌入式系统通常由处理器、存储器、输入输出接口电路、外设模块等组成。
其核心是处理器，嵌入式系统所用的处理器性能越来越强大，从较老的8位、16位微控制器到现在的ARM Cortex-A 系列、RISC-V等高性能嵌入式处理器。
嵌入式系统可分为硬件和软件两个方面。
嵌入式硬件和通用计算机硬件类似，都由处理器、存储器、I/O模块等部件组成。
相比通用计算机硬件，嵌入式系统硬件的主要特征是小巧、低功耗，通常单板上能整合处理器、存储器、外设模块以及工业标准I/O接口。
嵌入式软件通常是裁剪优化过的，因为嵌入式系统的存储器容量有限，CPU速度也低于PC等通用计算机，所以软件需要更少的计算成本。
通常情况下，嵌入式软件是为相应硬件设计的，并通过编程语言(如C/C++)来进行编写。
嵌入式系统的软件基本上由一个实时操作系统（RTOS）和应用程序组成，RTOS通常是实时性高、稳定性好的嵌入式系统操作系统，常见的RTOS产品有uC/OS、FreeRTOS等。
嵌入式系统使用可升级的固件，这种固件是在嵌入式系统启动时加载到处理器的固定内存区域。
由于它是硬件的一部分，因此它对CPU运行的速度、可靠性和稳定性都有重要影响。
固件可以像软件一样升级，因此在需要升级时，制造商可以通过远程升级(OTA)来即时更新固件软件。
二、嵌入式系统的应用领域近年来，嵌入式系统在各种领域广泛应用，包括飞行器、工业控制、医疗设备、智能家居、汽车电子、IoT等等。
下面简单介绍一些典型的应用领域。
1. 工业自动化嵌入式系统在工业控制、机器人、智能制造等领域得到广泛应用，可以实现工厂资产管理、自动化生产线、产品检测和数据采集等功能。
微处理器的原理与应用
微处理器的原理与应用1. 引言微处理器（Microprocessor），又称CPU（Central Processing Unit），是计算机的核心部件，负责执行计算机指令并处理数据。
微处理器的原理及其应用广泛应用于现代计算机系统、嵌入式系统以及各类电子设备中。
本文将介绍微处理器的原理和应用，并探讨其在现代科技领域的重要性。
2. 微处理器的原理微处理器是由大量的晶体管组成的集成电路，通过电子信号的控制来实现数据的计算和处理。
微处理器的原理主要包括指令集架构、运算单元、控制单元和存储器等几个核心方面。
•指令集架构：微处理器通过指令集架构来定义其支持的指令和数据格式。
常见的指令集架构包括x86、ARM等，不同的架构对应不同的指令集和寄存器组织方式。
•运算单元：微处理器的运算单元负责执行算术和逻辑运算。
它包括算术逻辑单元（ALU）和浮点运算单元（FPU），能够完成加减乘除等基本运算。
•控制单元：微处理器的控制单元负责解析和执行指令序列。
它包括指令寄存器（IR）、程序计数器（PC）和指令解码器等组件，能够将指令翻译为对应的控制信号，驱动运算单元和存储器进行数据处理。
•存储器：存储器是微处理器的重要组成部分，包括随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
RAM用于存储数据和程序，而ROM中存储了微处理器的固件和指令集。
3. 微处理器的应用微处理器的应用已经渗透到各个领域，包括个人电脑、服务器、手机、智能家居、汽车等等。
下面将以几个典型的应用领域为例进行介绍。
3.1 个人电脑个人电脑（PC）是微处理器最常见的应用之一。
微处理器在个人电脑中扮演着核心的角色，负责执行和处理用户的指令和数据。
随着技术的发展，个人电脑的处理能力越来越强大，微处理器的性能也得到了持续的提升。
3.2 嵌入式系统嵌入式系统是指把微处理器嵌入到各种电子设备中，以实现特定功能的电子系统。
例如，智能手机、智能手表、家用电器等都使用了微处理器来实现各种功能。
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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电子系统设计
⒉ MIPS MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的缩写，意 思为内部无互锁流水线微处理器。 MIPS也是一种处理器的内核标准。 MIPS体系结构具有良好的可扩展性，并 且能够满足超低功耗微处理器的需求。
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电子系统设计
嵌入式DSP处理器
(Embedded Digital Signal Processor, EDSP
• 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 和指令的执行速度。 • 运算速度比MPU快几十倍乃至上百倍，在数字滤波、 FFT、谱分析仪、语音处理、编码解码、图像硬件处 理、智能化系统、生物信息识别终端、ADSL接入、 虚拟现实显示等获得广泛应用。
ARM微处理器核 (知识产权IP商)
授权
苹果 Samsung Acorn VLSI Technology ……
每个半导体制造商根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成 自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前已遍及：工业控制、消费类电子、 通信系统、网络系统、无线系统等 ARM目前占据的市场份额：75%32位RISC处理器市场；90%手机处理器市场， 30%上网本处理器市场；80%平板电脑处理器市场
特征
目前主 要类型
• 8051、 PIC、AVR等常用单片机，并且有支持I2C、 CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列。
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电子系统设计
典型的嵌入式微处理器: 8051单片机
是经典的8位嵌 入式微控制器, 最早 由Intel公司推出, 其 后多家公司购买了 8051内核，使得以 8051为内核的MCU 系列单片机在世界上 产量最大、应用也最 广泛。 8051单片机的特点： 成本低、可靠性高， 但功能、性能和片上 资源相对于16位/32 位/64位嵌入式微控 制器来讲也较简单。 常见型号包括： Intel的MCS-51系列 Atmel的89C51/52、 89C1051/2051。
特征
目前主 要类型
•TI公司的TMS320系列, 包括用于控制的C2000系列, 移 动通信的C5000系列, 性能更高的C6000和C8000系列。 •ADI公司的ADSP21X 7系列 •Motorola公司的DSP56000系列。
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电子系统设计
典型的嵌入式微处理器:
DSP 数字信号处理器
Linux编程：《UNIX环境高级编程》
Android开发：《疯狂Android讲义》
网络资源
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电子系统设计
第一章 嵌入式系统概述
1.1 嵌入式系统简介 1.2 嵌入式处理器 1.3 嵌入式操作系统介绍 1.4 ARM系列处理器简介
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电子系统设计
1.1嵌入式系统简介
一、嵌入式系统定义
6周 5周
Linux驱动程序开发 4周 Linux应用程序开发 1周
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电子系统设计
课程介绍
三、学习方法
1、兴趣/认识为先导；自主学习为主 2、分组学习：3人一组
每组一套开发板；可相互讨论
3、学习嵌入式：实验为主 1）32理论，32实验。实验会更多
2）在实验室上课
4、学习Linux方法：读代码 1）移植的需要；2）开发的需要
5、观看视频
四、考核方法 开卷考试60%+实验30%+平时表现10%
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电子系统设计
课程介绍
五、经典参考书
嵌入式Linux开发：《嵌入式Linux开发完全手册》，韦东山 Linux操作系统：《鸟哥的Linux私房菜-基础学习篇》
Linux驱动：《Linux设备驱动程序》
《精通Linux设备驱动程序开发》 Linux内核：《深入理解Linux内核》
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电子系统设计
ARM公司是全球领先的16/32位RISC微处理器 知识产权（Intellectual Property ，IP）设计 供应商。 ARM公司本身并不生产芯片，而是通过转让IP核， 由合作伙伴生产各种型号的微处理器芯片。 目前ARM的合作伙伴在全世界已经超过100个， 许多著名半导体公司与ARM公司有着合作关系。
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电子系统设计
DSP数字信号处理器主要特点
在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。 程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据。
片内具有快速RAM，可通过独立的数据总线在两块中同时访问。
具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持。 快速的中断处理和硬件I/O支持。 具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器。 可以并行执行多个操作。
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电子系统设计
1.1嵌入式系统简介
二、嵌入式系统的应用领域
通信设备 汽车电子 数字消费类 工业控制 仪器仪表 数字医疗设备 信息家电
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电子系统设计
1.2嵌入式处理器
1.2.1 嵌入式处理器分类 按处理器的应用领域，广义上将其分为4类，
嵌入式微控制器：单片机 嵌入式微处理器(广义) 嵌入式数字信号处理器(DSP) 嵌入式微处理器(狭义) 可编程逻辑器件(PLD)
是一种具有特殊 结构的微处理器。内 部采用程序和数据分 开的哈佛结构，具有 专门的硬件乘法器， 流水线操作，提供特 殊DSP指令，可用来 快速的实现各种数字 信号处理算法。
最大特 色：
1) 强大数 据处理能 力 2) 高速运 行速度
常见型号包括： 1）TI的 TMS320系列，包括用于控 制的C2000系列，移动通信的C5000 系列，高性能的C6000和C8000系列； 2） ADI的ADSP21xx系列、Blackin 系列、ADSP210xx系列、TS系列 3）Motorola的MC56001, MC96002 4) 杰尔的SC1000、SC2000系列
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课程介绍
二、学习内容 1.嵌入式系统概况
概念、嵌入式处理器、嵌入式操作系统等
2.处理器S3C6410/2410的开发方法：当成单片机
概况、 结构、各个内部模块
3.基于S3C6410的嵌入式Linux开发方法
Linux系统开发、驱动程序、应用程序
4.时间安排
S3C6410 Linux系统开发
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电子系统设计
典型的嵌入式微处理器:
CPLD/FPGA大规模可编程逻辑器件
PLD (Programmable Logic Device)
PLA(Programmable Logic Array）
GAL（Generic Array Logic)
CPLD (Complex Programmable Logic Device)
支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
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电子系统设计
嵌入式微处理器
（Micro Processor Unit，MPU）
• 由通用计算机中的CPU演变而来
• 具有32位以上处理能力，较高的性能，价格也较高。
• 只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余 功能部分，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。
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电子系统设计
嵌入式微控制器
(Microcontroller Unit, MCU)
• 典型代表是单片机，芯片内部集成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等各种必要功能和外设。 • 单片化, 体积大大减小, 从而使功耗和成本下降、可靠 性提高 • 片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微 控制器，是目前嵌入式系统工业的主流
指令结构 (双指令集）
• ARM指令集, 32位 • Thumb指令集，16位 （ARM指令集的功能子集)
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ARM处理器特点
体积小、低功耗、低成本、高性能；
支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的 兼容8位/16位器件；
大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定。
嵌入式微处理器及应用
许参 10-537 xs2015@ 15990184183
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电子系统设计
课程介绍
一、课程目的 1.了解嵌入式系统概况； 2.掌握S3C6410处理器的开发方法； 3.初步掌握基于S3C6410的嵌入式Linux开发方法； /thread-370661-1-1.html
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电子系统设计
四种处理器的简单比较： 单片机：资源少，成本低 嵌入式微处理器：资源多，成本高 DSP：运算速度快，用于信号处理；三个特色 PLD/FPGA：硬件编程
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1.2.2 主流嵌入式微处理器介绍
⒈ ARM
ARM是英文Acorn RISC Machine的缩写，Acorn是 英国剑桥的一个计算机公司，1985年开发出第一 代ARM RISC处理器原型。 1990年，Acorn将公司名称改为Advanced RISC Machine Limited（先进RISC机器公司），缩写仍 为ARM。ARM公司的32位嵌入式RISC处理器，在 低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域 占据领先地位。
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近年来，MIPS公司开发了高性能、低功耗的32位处 理器内核MIPS32 24KE系列，产品广泛用于机顶盒、 DVD刻录机、MODEM、IP电话、数码相机、蜂窝电 话、视频游戏机、路由器、激光打印机、复印机、扫 描仪等产品。 2007年，MIPS公司推出了MIPS32 74K内核产品， 是当时嵌入式市场运行速度最快的处理器内核，主频 速度为1GHz。