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　　吕京建 肖海桥 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器， 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 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 16MB，处理速度从 0.1 MIPS 到 2000 MIPS，常用封装从 8 个引脚到 144 个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下面 几类。 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的 CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设 计的电路板上， 只保留和嵌入式应用有关的母板功能， 这样可以大幅度减小系统体积和功耗。 为了满足嵌入式应用的特殊要求， 嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一样 的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。和工业控制计算机相 比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的优点，但是在电路板上必须 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。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 STD-BUS乐鱼app官方网站、PC104 等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似火柴盒式名片 大小的嵌入式计算机系列 OEM 产品。 嵌入式处理器目前主要有 Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM 系列等。 嵌入式微(Microcontroller Unit, MCU) 嵌入式微又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌 入式微一般以某一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、 脉宽调制输出、 A/D、 D/A、 Flash RAM、 EEPROM 等各种必要功能和外设。为适应不同的应用需求，一般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是一样的， 不同的是存储器和外设的配置及封装。 这样可以使单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。和 嵌入式微处理器相比，微的最大特点是单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下 降、可靠性提高。微是目前嵌入式系统工业的主流。微的片上外设资源一般比 较丰富，适合于控制，因此称微。 嵌入式微目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括 8051、P51XA、 MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16、68300 等。另外还有许多半 通用系列如：支持 USB 接口的 MCU 8XC930/931、C540、C541；支持 I2C、CAN-Bus、LCD 及众多专用 MCU 和兼容系列。目前 MCU 占嵌入式系统约 70％的市场份额。特别值得注意 的是近年来提供 X86 微处理器的著名厂商 AMD 公司，将 Am186CC/CH/CU 等嵌入式处理 器称之为 Microcontroller, MOTOROLA 公司把以 Power PC 为基础的 PPC505 和 PPC555 亦列 入单片机行列。TI 公司亦将其 TMS320C2XXX 系列 DSP 做为 MCU 进行推广。 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，指令执行速度也较高。在数字滤波、FFT、谱分析等方面 DSP 算法正在大量进入嵌 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

　　处理器。嵌入式 DSP 处理器有两个发展来源，一是 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；二是在 通用单片机或 SOC 中增加 DSP 协处理器，例如 Intel 的 MCS-296 和 Siemens 的 TriCore。推 动嵌入式 DSP 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，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 处理器的长处所在。 嵌入式 DSP 处理器比较有代表性的产品是 Texas Instruments 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。另外 PHILIPS 公司今年也推 出了基于可重置嵌入式 DSP 结构低成本、低功耗技术上制造的 R. E. A. L DSP 处理器，特点 是具备双 Harvard 结构和双乘/累加单元，应用目标是大批量消费类产品。 嵌入式片上系统(System On Chip) 随着 EDI 的推广和 VLSI 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现 一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是 System On Chip(SOC)。各种通用处理器内核将 作为 SOC 设计公司的标准库，和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 等语言描述，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。 这样除个别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洁， 对 于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 SOC 可以分为通用和专用两类。 通用系列包括 Siemens 的 TriCore， Motorola 的 M-Core， 某些 ARM 系列器件，Echelon 和 Motorola 联合研制的 Neuron 芯片等。专用 SOC 一般专用 于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表性的产品是 Philips 的 Smart XA，它 将 XA 单片机内核和支持超过 2048 位复杂 RSA 算法的 CCU 单元制作在一块硅片上，形成 一个可加载 JAVA 或 C 语言的专用的 SOC，可用于公众互联网如 Internet 安全方面。