第02讲-嵌入式处理器介绍

1、嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式处理器嵌入式处理器嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用概念概念嵌入式系统上的处理器单元称为嵌入式嵌入式系统上的处理器单元称为嵌入式处理器。处理器。嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的核心，嵌入式处理器是嵌入式系统硬件的核心，运行嵌入式系统的系统软件和应用软件。运行嵌入式系统的系统软件和应用软件。嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用处理器组成处理器组成内核内核地址总线地址总线数据总线数据总线控制类总线控制类总线辅助支持电路，如时钟、复位电路辅助支持电路，如时钟、复位电路片上片上I/OI/O接口电路接口电路嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式处理器分类嵌入式处理器分类嵌入

2、式微处理器嵌入式微处理器nEmbedded Microprocessor UnitEmbedded Microprocessor UnitDSPDSP处理器处理器nDigital Signal ProcessorDigital Signal Processor嵌入式微控制器（单片机）嵌入式微控制器（单片机）nMicrocontrollerMicrocontroller嵌入式片上系统嵌入式片上系统nSystem On ChipSystem On Chip嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用RISCRISC与与CICSCICS的区别的区别指令系统指令系统：RISC RISC 设计者把主要精力放在那些经

3、常使设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。而用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。而CISC CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。成特定的功能。存储器操作存储器操作：RISC RISC 对存储器操作有限制，使控制简对存储器操作有限制，使控制简单化；而单化；而CISC CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接机器的存储器操作指令多，操作直接程序程序：RISC RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间，汇编语言程序一般需要较大的内存空间，实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而实现特殊功能时

4、程序复杂，不易设计；而CISC CISC 汇编汇编语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程序社设计相对容易，效率较高。序社设计相对容易，效率较高。嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用RISCRISC与与CICSCICS的区别的区别中断中断：RISC RISC 机器在一条指令执行的适当地方可以响应中机器在一条指令执行的适当地方可以响应中断；而断；而CISC CISC 机器是在一条指令执行结束后响应中断。机器是在一条指令执行结束后响应中断。CPUCPU：RISC CPU RISC CPU 包含有较少的单元电路，因而面积小、包含有较少的单元电路，因而面积小

5、、功耗低；功耗低；设计周期设计周期：RISC RISC 微处理器结构简单，布局紧凑，设计周微处理器结构简单，布局紧凑，设计周期短，且易于采用最新技术；期短，且易于采用最新技术；CISC CISC 微处理器结构复杂，微处理器结构复杂，设计周期长。设计周期长。用户使用用户使用：RISC RISC 微处理器结构简单，指令规整，性能容微处理器结构简单，指令规整，性能容易把握，易学易用；易把握，易学易用；CISCCISC微处理器结构复杂，功能强大，微处理器结构复杂，功能强大，实现特殊功能容易。实现特殊功能容易。应用范围应用范围：由于：由于RISC RISC 指令系统的确定与特定的应用领域指令系统的确定与

6、特定的应用领域有关，故有关，故RISC RISC 机器更适合于专用机；而机器更适合于专用机；而CISC CISC 机器则更适机器则更适合于通用机。合于通用机。嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用主流嵌入式微处理器主流嵌入式微处理器优点：体积小、重量轻、成本低、可靠优点：体积小、重量轻、成本低、可靠性高性高 嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARMARMARM公司设计先进的数字产品核心应用技术，公司设计先进的数字产品核心应用技术，应用领域涉及：无线、网络、消费娱乐、影应用领域涉及：无线、网络、消费娱乐、影像、汽车电子、安全应用及存储装置。像、汽车电子、安全应用及存储装置。 ARMARM提供广泛的

7、产品，包括：提供广泛的产品，包括：16/3216/32位位RISCRISC微处理微处理器、数据引擎、三维图形处理器、数字单元器、数据引擎、三维图形处理器、数字单元库、嵌入式存储器、外设、软件、开发工具库、嵌入式存储器、外设、软件、开发工具以及模拟和高速连接产品。以及模拟和高速连接产品。 ARMARM公司协同众公司协同众多技术合作伙伴为业界提供快速、稳定的完多技术合作伙伴为业界提供快速、稳定的完整系统解决方案。整系统解决方案。 嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARM的业务模型的业务模型ARM合作伙伴合作伙伴OEM客户客户业务拓展IP授权费版权费产品单价ARM

8、公司创造公司创造和设计和设计IP合作伙伴把合作伙伴把ARM IP和其他和其他IP集成进产品集成进产品设计最终产品设计最终产品嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统的广泛应用嵌入式系统的广泛应用机顶盒机顶盒家庭网关家庭网关互联网互联网无线无线手机手机PDA汽车汽车游戏游戏视频视频嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARM种类种类ARM Cortex-A8ARM Cortex-A8ARM1020EARM1020EARM1022EARM1022EARM1026EJ-SARM1026EJ-SARM11

9、 ARM11 MPCoreMPCoreARM1136J(F)-SARM1136J(F)-SARM1176JZ(F)-SARM1176JZ(F)-SARM720TARM720TARM920TARM920TARM922TARM922TARM926EJ-S ARM926EJ-S ARM Cortex-M3ARM Cortex-M3ARM1026EJ-SARM1026EJ-SARM1156T2(F)-SARM1156T2(F)-SARM7EJ-SARM7EJ-SARM7TDMIARM7TDMIARM7TDMI-SARM7TDMI-SARM946E-SARM946E-SARM966E-SARM966E-

10、SARM968E-SARM968E-SARM996HSARM996HSSecurCoreSecurCore SC100 SC100SecurCoreSecurCore SC110 SC110SecurCoreSecurCore SC200 SC200 SecurCoreSecurCore SC210 SC210 嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARM微处理器的特点微处理器的特点采用采用RISCRISC架构架构体积小、功耗低、成本低、性能高体积小、功耗低、成本低、性能高支持支持Thumb/ARMThumb/ARM双指令集双指令集可用加载可用加载/ /存储指令批量传输数据，以存储指令批量传输

11、数据，以提高数据的传输效率提高数据的传输效率可在一条数据处理指令中同时完成逻辑可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理处理和移位处理嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARM核选择核选择嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用ARMARM的选择原则的选择原则ARMARM微处理内核的选择微处理内核的选择系统的工作频率系统的工作频率芯片内存储器的容量芯片内存储器的容量片内外围电路的选择片内外围电路的选择嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用快速使用与掌握新的快速使用与掌握新的MCUMCU 认真阅读认真阅读DatasheetDatasheet中的综述部分，了解该芯中的综述部分，了解该芯片的主要参数；片的

12、主要参数；快速浏览一遍其快速浏览一遍其CPUCPU的结构和寻址方式；的结构和寻址方式；快速浏览一遍其指令集，为编程打基础；快速浏览一遍其指令集，为编程打基础；结合项目的设计要求和资源的使用情况，一结合项目的设计要求和资源的使用情况，一边编程一边认真阅读相应的章节边编程一边认真阅读相应的章节嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用微处理器的性能与成本微处理器的性能与成本成本成本性性能能嵌入式嵌入式处理器处理器微控制器微控制器成本至关重要成本至关重要专用结构专用结构高效处理特定任务高效处理特定任务代码密度代码密度功耗功耗性能至关重要性能至关重要软件兼容软件兼容嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用PowerPC

13、PowerPCPowerPCPowerPC是早期是早期MotorolaMotorola和和IBMIBM联合为联合为AppleApple的的MACMAC机开发的机开发的CPUCPU芯片芯片, ,商标权同时属于商标权同时属于IBMIBM和和Motorola,Motorola,并成为他们的主导成品并成为他们的主导成品. .IBMIBM主要的主要的PowerPCPowerPC产品有产品有nPowerPC604s(PowerPC604s(深蓝内部的深蓝内部的CPU), CPU), PowerPC750,PowerPCG3(1.1GHz).PowerPC750,PowerPCG3(1.1GHz).Moto

14、rolaMotorola主要有主要有MCMC和和MPCMPC系列系列nMPC860MPC860nMPC8260MPC8260嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用MIPSMIPSmillion instructions per secondmillion instructions per secondMIPSMIPS是高效精简指令集计算机是高效精简指令集计算机(RISC)(RISC)体体系结构中最优雅的一种系结构中最优雅的一种 起源于一个学术研究项目起源于一个学术研究项目 嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用如何选择嵌入式处理器如何选择嵌入式处理器如果应用只包含最少的处理工作和少数如果应用只包含最少的处

15、理工作和少数的的I/OI/O功能，可以选择功能，可以选择8 8位的微控制器。位的微控制器。典型案例：典型案例：数码手表数码手表空调空调电冰箱电冰箱录像机录像机嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用如何选择嵌入式处理器如何选择嵌入式处理器如果计算和通信的要求使应用需要嵌入如果计算和通信的要求使应用需要嵌入式操作系统，使用式操作系统，使用1616位或位或3232位的处理器。位的处理器。典型案例：典型案例：电信交换机电信交换机路由器路由器协议转换器协议转换器嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用如何选择嵌入式处理器如何选择嵌入式处理器如果应用涉及信号处理和数学计算，选如果应用涉及信号处理和数学计算，选择择DSP

16、DSP典型案例：典型案例：音频编码音频编码视频信号处理视频信号处理图像处理图像处理调制解调调制解调嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用如何选择嵌入式处理器如何选择嵌入式处理器应用在很大程度上是面向图形的，并且应用在很大程度上是面向图形的，并且要求响应时间快，需要使用要求响应时间快，需要使用6464位处理器位处理器典型案例：典型案例：n视频游戏机视频游戏机n显卡显卡n工业自动化领域工业自动化领域嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用选择处理器的原则选择处理器的原则够用原则够用原则n嵌入式处理器无须升级嵌入式处理器无须升级成本原则成本原则n处理器成本处理器成本n电路成本电路成本n功耗成本功耗成本嵌入式系统及应用嵌入式系统及应用参数选择参数选择1.1.处理器类型，如处理器类型，如RISCRISC、CISCCISC、DSPDSP2.2.处理速度，以处理速度，以MIPSMIPS表示表示3.3.寻址能力寻址能力4.4.总线速度总线速度5.5.片上集成的存储器情况片上集成的存储器情况6.6.片上集成