众所周知,在嵌入式系统中,微处理器用的最多的还是MCU(俗称单片机),主要原因是其性价比高、简单易学。MCU有4位、8位、16位三大系列,4位MCU主要用在家用电器、儿童玩具领域;16位MCU则用在速度要求较高的工业控制领域;8位MCU是主流,几乎覆盖所有应用领域,其生产厂商(几十家)、产品系列(几百个)、芯片型号(几千种)都是最多的,在所有8位MCU中,51系列占一半以上。
在嵌入式系统所有处理器中,目前32位处理器虽然只占一小部分,但却是不可替代的一部分,而且是嵌入式技术未来的发展方向。32位嵌入式处理器具有如下特点:
●运算速度高,主频高达1G以上,多总线多数据流结构,有些处理器带双核甚至多核CPU。
●内存容量大,内带或外接大容量的Flash和SRAM,多数32位处理器可直接外接大容量的SDRAM。
●硬件功能强大,内置AD/DA、PWM、PLA等,外带GPIO、UART、I2C、SPI、CAN、PCI、USB、1394、以太网等接口。
●支持实时操作系统(WindowsCE、Linux/μClinux、VxWorks、μC/OS-II等),以及多功能人机交互式界面。
目前国内比较流行的32位嵌入式处理器有:x86系列、ARM、DSP、PowerPC等。
1、x86系列(Intel或AMD)源自PC机,在嵌入式系统中用到较多的是486、586和Pentium CPU,其特点是硬件系统基本上使用标准板(PC104,3.5"或Mini-ITX单板机),软件开发也很方便,利用PC机平台就可以,且有大量第三方免费软件可以使用,操作系统以DOS、WindowsCE为主。
x86系列主要用在工业控制、医疗设备、无线网络设备、数字多媒体系统、机顶盒等领域。
这里需要特别推荐两款性价比极高且与x86指令兼容的CPU:Intel Atom(凌动)-主要用在Mini-ITX中,Transmeta Crusoe TM5xxx系列- 主要用在PC104中。
2、ARM是英国ARM公司设计的IP核,第三方公司购买后设计出内核结构相同、具有各种特色功能的处理器。目前,全世界ARM生产商有几百家,国内就有十多家,比较流行的有NXP/Philips、Samsung、Atmel、TI、ST、ADI等,可参阅本博客中“ARM芯片选型简易指南”一文。
ARM的主要应用领域有:工业控制、网络通信、数字娱乐和安防监控等。
今后,随着ARM性价比不断提高,ARM将进入常规8/16位MCU的应用领域,目前已经推出的就有Cortex-Mx系列ARM内核。
3、DSP原来是专用于数字信号处理的,生产厂商、产品型号都不多,主要有TI的C2000、C5000和C6000系列;AD的BF5xx(Blackfin)、ADSP21x(SHARC)、TSx0x(TigerSHARC)系列, Motorola/Freescale和NEC的DSP等,后两个厂家的DSP在国内用的较少。随着DSP功能的不断扩展,特别是近年来国内安防监控技术的高速发展,DSP在嵌入式系统中用得越来越多。
DSP的主要应用领域有:数字语音/图像信号处理(编码压缩、FFT、FIR)、安防监控(高速球机、DVR)、工业控制(电机控制/变频调速)、军事设备(导航及制导,雷达监测)等。
4、PowerPC是由苹果(Apple)和IMB以及早期的Motorola(现在的Freescale)组成的联盟(简称为AIM)共同设计的微处理器架构,以对抗在市场上占有压倒优势的x86处理器。
在嵌入式系统中使用较多的是Motorola/Freescale的MPC7x和MPC8x系列。PowerPC除了用在苹果和IBM的电脑、工作站外,嵌入式领域主要用在通信、消费电子、军工以及航天等方面。
补充:目前已有集ARM和DSP于一体的处理器,如TI OMAP系列。此外,MCU(单片机)也有32位的,如 Microchip的PIC32系列,Freescale/Motorola的MC68K、MMC21x(M-Core))、MCF5x(ColdFire)系列等,只是国内用的较少(可能是受ARM、DSP比较流行的影响)。
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