微處理器與嵌入式系統的區別

微處理器與嵌入式系統的區別

　　嵌入式系統(Embedded system)，是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”。下面是小編整理的微處理器與嵌入式系統的區別，歡迎大家參考!

　　隨著電子科學的不斷發展，人們開始逐漸對數碼產品有了更高的需求，這就促使了信息技術的不斷發展。嵌入式系統的核心就是嵌入式處理器，它是控制、輔助嵌入式系統運行的硬件單元，其應用范圍非常的廣闊，它也具有很好的發展前景。那么，面對紛繁復雜的嵌入式處理器市場，我們該如何做出適合自己的選擇呢?下面小編就對市場上常見的幾種嵌入式處理器進行比較分析，希望可以對大家有所幫助(嵌入式處理器類型)。

　　(1)嵌入式ARM微處理器(嵌入式微處理器結構)

　　ARM微處理器的由來與發展

　　ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認為是一個公司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術的名字。目前，采用ARM技術知識產權(IP)核的微處理器，即我們通常所說的ARM微處理器。它是一種高性能、低功耗的32位微處器，它被廣泛應用于嵌入式系統中�；�于ARM技術的微處理器應用約占據了32位RISC微處理器75%以上的市場份額，ARM技術正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM9代表了ARM公司主流的處理器，已經在手持電話、機頂盒、數碼像機、GPS、個人數字助理以及因特網設備等方面有了廣泛的應用。

　　ARM微處理器的應用領域

　　ARM微處理器是目前應用領域非常廣的處理器，到目前為止，ARM微處理器及技術的應用幾乎已經遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場，深入到各個領域。

　　1、工業控制領域：作為32的RISC架構，基于ARM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統的8位/16位微控制器提出了挑戰。

　　2、無線通訊領域：目前已有超過85%的無線通訊設備采用了ARM技術，ARM以其高性能和低成本，在該領域的地位日益鞏固。

　　3、網絡應用：隨著寬帶技術的推廣，采用ARM技術的ADSL芯片正逐步獲得競爭優勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應用領域提出了挑戰。

　　4、消費類電子產品：ARM技術在目前流行的數字音頻播放器、數字機頂盒和游戲機中得到廣泛采用。

　　5、成像和安全產品：現在流行的數碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術。

　　基于RISC架構的ARM微處理器的特點

　　1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

　　2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;

　　3、大量使用寄存器，指令執行速度更快;

　　4、大多數數據操作都在寄存器中完成;

　　5、尋址方式靈活簡單，執行效率高;

　　6、指令長度固定;

　　(2)嵌入式MIPS處理器

　　MIPS處理器的發展概述

　　MIPS是世界上很流行的一種RISC處理器。MIPS的意思是“無內部互鎖流水級的微處理器”(Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages) ，其機制是盡量利用軟件辦法避免流水線中的數據相關問題。MIPS技術公司是是美國著名的芯片設計公司，采用精簡指令系統計算結構(RISC)來設計芯片，它設計制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位。

　　MIPS的系統結構及設計理念比較先進，其指令系統經過通用處理器指令體系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV，嵌入式指令體系MIPS16、MIPS32到MIPS64的發展已經十分成熟。

　　在設計理念上MIPS強調軟硬件協同提高性能，同時簡化硬件設計。和英特爾采用的復雜指令系統計算結構(CISC)相比，RISC具有設計更簡單、設計周期更短等優點，并可以應用更多先進的技術，開發更快的下一代處理器。

　　MIPS是出現最早的商業RISC架構芯片之一，新的架構集成了所有原來MIPS指令集，并增加了許多更強大的功能。

　　MIPS處理器的應用

　　MIPS在通用方面，MIPSR系列微處理器用于構建SGI的高性能工作站、服務器和超級計算機系統。在嵌入式方面，MIPSK系列微處理器是目前僅次于ARM的用得最多的處理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的處理器)，其應用領域覆蓋游戲機、路由器、激光打印機、掌上電腦等各個方面。

　　(3)PowerPC

　　PowerPC體系結構規范(PowerPCArchitectureSpecification)是在二十世紀九十年代，由IBM(國際商用機器公司)、Apple(蘋果公司)和Motorola(摩托羅拉)公司開發的芯片，并制造出基于PowerPC的多處理器計算機。

　　PowerPC架構的特點是可伸縮性好、方便靈活。它是一個64位規范(也包含32位子集)。幾乎所有常規可用的PowerPC(除了新型號IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端服務器)都是32位的。

　　PowerPC市場占有率不是很高，但在通信系統的控制和管理中用得很多。

　　(4)嵌入式X86處理器

　　x86是一個Intel通用計算機系列的標準編號縮寫,也標識一套通用的計算機指令集合,X與處理器沒有任何關系，它是一個對所有*86系統的簡單的通配符定義，例如：i386,586,奔騰(Pentium)。由于早期Intel的CPU編號都是如8086,80286來編號,由于這整個系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86來標識所使用的指令集合如今的奔騰,P2,P4,賽揚系列都是支持X86指令系統的,所以都屬于X86家族。

　　x86以無可比擬的性能價格比優勢成為計算平臺的標準。但是x86仍然基于32位技術——對于高端的企業級服務器與工作站應用無能為力。與ARM架構的產品相比，嵌入式X86處理器普遍擁有高得多的性能，但功耗也高了許多，盡管依然可以維持無風扇運行狀態，但根本無法用于PDA、智能手機等完全依*電池運作的掌上計算產品。真正對嵌入式X86處理器產生需求的是網絡終端、瘦客戶機、廉價/低能耗型PC、家庭消費電子產品、POS終端機等要求PC軟件延續性的領域，對應設備體積相對較大，不依*電池運行，但要求具有較高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等優點。2006年X86推出了首款雙核處理器。

　　X86和ARM、MIPS相比，X86架構的嵌入式處理器應用范圍要狹窄一些。它主要應用于桌面端和低端服務器處理器。

　　(5)嵌入式DSP處理器

　　DSP是在模擬信號變換成數字信號以后進行高速實時處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10～50倍。在當今的數字化時代背景下，DSP己成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。業內人士預言，DSP將是未來集成電路中發展最快的電子產品，并成為電子產品更新換代的決定因素。

　　DSP是屬于ModifiedHarvard架構，即它具有兩條內部總線：數據總線、程序總線。程序與數據存儲空間分開，各有獨立的地址總線和數據總線，取址和讀數可以同時進行，目前已達到90億次浮點運算/秒(9000MFLOPS)。它采用流水作業，每條指令的執行劃分為取指令、譯碼、取數、執行等若干步驟，由片內多個功能單元分別完成。相當于多條指令并行執行，從而大大提高了運算速度。乘法指令在單周期內完成，優化卷積、數字濾波、FFT、相關、矩陣運算等算法中的大量重復乘法。采用循環尋址(Circularaddressing)位倒序，(bit-reversed)等特殊指令使FFT、卷積等運算中的尋址、排序及計算速度大大提高。1024點FFT的時間已小于1μs。具有獨立的DMA總線和控制器，有一組或多組獨立的DMA總線，與CPU的程序、數據總線并行工作，在不影響CPU工作的條件下，DMA速度已達800Mbyte/s以上。多處理器接口。使多個處理器可以很方便的并行或串行工作以提高處理速度。

　　DSP處理器經過單片化、EMC改造、增加片上外設，或在通用單片機或SOC中增加DSP協處理器，從而發展成為嵌入式DSP處理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)，推動嵌入式DSP處理器發展的因素主要是嵌入式系統的智能化。目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半導體廠商在這一領域擁有很強的實力。

　　DSP通用DSP的主要市場在于通信應用，而嵌入式DSP則主要應用于消費電子產品，比如DVD播放器和刻錄機、機頂盒、音視頻接收設備、MP3播放器和數碼相機等。但是，WLAN、DSL和線纜寬帶網絡等通信芯片也帶有嵌入式DSP。

　　嵌入式系統和嵌入式微處理器

　　嵌入式系統一般指非PC系統，它包括硬件和軟件兩部分。硬件包括處理器/微處理器、存儲器及外設器件和I/O端口、圖形控制器等。軟件部分包括操作系統軟件(OS)(要求實時和多任務操作)和應用程序編程。有時設計人員把這兩種軟件組合在一起。應用程序控制著系統的運作和行為;而操作系統控制著應用程序編程與硬件的交互作用。

　　嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器一般就具備以下4個特點：

　　1、對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務并且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執行時間減少到最低限度。

　　2、具有功能很強的存儲區保護功能。這是由于嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而為了避免在軟件模塊之間出現錯誤的交叉作用，需要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利于軟件診斷。

　　3、可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出滿足應用的最高性能的嵌入式微處理器。

　　4、嵌入式微處理器必須功耗很低，尤其是用于便攜式的無線及移動的計算和通信設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如需要功耗只有mW甚至μW級。

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