詳解嵌入式處理器的四大分類

根據(jù)通用計(jì)算機(jī)與嵌入式系統(tǒng)的分類，可以把微處理器分為通用處理器與嵌入式處理器兩類。通用處理器以x86體系結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品為代表，目前，基本為Intel和AMD兩家公司所壟斷。通用處理器針對(duì)通用計(jì)算機(jī)的需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，追求更快的計(jì)算速度、更大的數(shù)據(jù)吞吐率，從8位、16位、32位、到64位一代代發(fā)展過來。有時(shí)通用處理器也會(huì)應(yīng)用在一些需要很高計(jì)算性能的嵌入式系統(tǒng)中，比如在一些PC104、CompactPCI的主控板上可見到Celoron、Pentium處理器，這是通用計(jì)算機(jī)技術(shù)在嵌入式領(lǐng)域的一種應(yīng)用。

如今，在整個(gè)嵌入式領(lǐng)域里，通用處理器的應(yīng)用只是鳳毛麟角，真正的主角當(dāng)然是各色嵌入式處理器。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)有應(yīng)用針對(duì)性的特點(diǎn)，不同的系統(tǒng)對(duì)處理器要求千差萬別，因此嵌入式處理器種類繁多，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界嵌入式處理器的種類已經(jīng)超過1000種，流行的體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)。所有嵌入式處理器中，8051體系的占有多半，生產(chǎn)8051單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20多個(gè)，共350多種衍生產(chǎn)品。現(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，越來越多的公司有自己的處理器設(shè)計(jì)部門。

嵌入式系統(tǒng)中的處理器可以分成下面四大類類：

1、嵌入式微處理器

嵌入式微處理器字長一般為16位或32位，Intel、AMD、Motorola、ARM等公司提供很多這樣的處理器產(chǎn)品。嵌入式微處理器通用性比較好、處理能力較強(qiáng)、可擴(kuò)展性好、尋址范圍大、支持各種靈活的設(shè)計(jì)，且不限于某個(gè)具體的應(yīng)用領(lǐng)域。

在實(shí)踐應(yīng)用中，嵌入式微處理器需要在芯片外配置RAM和ROM，根據(jù)應(yīng)用要求往往要擴(kuò)展一些外部接口設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)接口、GPS、A/D接口等。嵌入式微處理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱之為單板計(jì)算機(jī)。

嵌入式微處理器在通用性上有點(diǎn)類似通用處理器，但前者在功能、價(jià)格、功耗、芯片封裝、溫度適應(yīng)性、電磁兼容方面更適合嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用要求。嵌入式處理器有很多種類型，如xScale、Geode、PowerPC、MIPS、ARM等處理器系列。

2、嵌入式微控制器

嵌入式微控制器又稱單片機(jī)，已經(jīng)經(jīng)歷了近30年的發(fā)展歷史，目前在嵌入式系統(tǒng)中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。這種處理器內(nèi)部集成RAM、各種非易失性存儲(chǔ)器、總線控制器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A等各種必要功能和外設(shè)。

其跟嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)最小系統(tǒng)所需要的部件及一些應(yīng)用需要的控制器/外部設(shè)備集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)單片化，使得芯片尺寸大大減小，從而使系統(tǒng)總功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。MCU品種豐富、價(jià)格低廉，目前占嵌入式系統(tǒng)約70%以上的市場(chǎng)份額。

3、嵌入式DSP

在數(shù)字化時(shí)代數(shù)字信號(hào)處理是一門應(yīng)用廣泛的技術(shù)，如數(shù)字濾波、FFT、譜分析、語音編碼、視頻編碼等、數(shù)據(jù)編碼、雷達(dá)目標(biāo)提取等等，傳統(tǒng)微處理器在進(jìn)行這類計(jì)算操作時(shí)的性能較低，專門的數(shù)字信號(hào)處理芯片——DSP也就應(yīng)運(yùn)而生，DSP的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)針對(duì)數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，因而在執(zhí)行相關(guān)操作時(shí)具有很高的效率。在應(yīng)用中，DSP總是完成某些特定的任務(wù)，硬件和軟件需要為應(yīng)用進(jìn)行專門定制，因此DSP是一種嵌入式處理器。

4、嵌入式片上系統(tǒng)

在某一類特定的應(yīng)用對(duì)嵌入式系統(tǒng)的性能、功能、接口有相似的要求，針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的這個(gè)特點(diǎn)，利用大規(guī)模集成電路技術(shù)將某一類應(yīng)用需要的大多數(shù)模塊集成在一個(gè)芯片上，從而在芯片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分核心功能，這種處理器就是SOC。

SOC把微處理器和特定應(yīng)用中常用的模塊集成在一個(gè)芯片上，應(yīng)用時(shí)往往只需要在SOC外部擴(kuò)充內(nèi)存、接口驅(qū)動(dòng)、一些分立元件及供電電路就可以構(gòu)成一套實(shí)用的系統(tǒng)，極大地簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難度，同時(shí)還有利于減小電路板面積、降低系統(tǒng)成本、提高系統(tǒng)可靠性。SOC是嵌入式處理器的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。

嵌入式微控制器和SOC都具有高集成度的特點(diǎn)，將計(jì)算機(jī)小系統(tǒng)的全部或大部分集成在單個(gè)芯片中，有些文獻(xiàn)將嵌入式微控制器歸為SOC。后續(xù)為了更清晰地描述，將內(nèi)部集成了RAM和ROM存儲(chǔ)器、主要用于控制的單片機(jī)稱為微控制器，而所說的SOC則沒有內(nèi)置的存儲(chǔ)器，以嵌入式微處理器為核心、集成各種應(yīng)用需要的外部設(shè)備控制器，具有較強(qiáng)的計(jì)算性能。