1.1 嵌入式处理器简介

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种，流行体系结构有三十几个系列。嵌入式处理器的寻址空间一般从64KB到16MB，处理速度从0.1MIPS（Million Instructions Per Second，百万指令每秒）到2000 MIPS。

嵌入式系统中的处理器通常分为3大类，即微处理器（Micro-Processor Unit，MPU）、微控制器（Micro-Controller Unit，MCU）和数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）。

微处理器是指功能较强大的CPU，它不是为任何特定的计算目标而设计的。因此这种芯片通常用于个人计算机与服务器。

微控制器是针对嵌入式系统而设计的，它将CPU、存储器以及其他外设都集成在同一块电路板上。

数字信号处理器中的 CPU 是针对快速离散时间信号处理计算的。因此，DSP 非常适用于音频及视频通信。

现代的芯片生产工艺已经允许将重要处理器的内核和各种外围的芯片器件整合在一起，以进一步降低功耗，达到专用的需求，这时，便出现了片上系统（System on Chip，SoC）。

1.1.1 嵌入式微处理器

嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，早期的嵌入式系统是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。和通用计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低和可靠性高的优点。

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、成本低和可靠性高的优点，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、PC104等。嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS和ARM系列等。

1.1.2 嵌入式微控制器

嵌入式微控制器又称单片机，是将整个计算机系统集成到一块芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成ROM/EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可编程ROM）、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和EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，电可擦除可编程 ROM）等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，微控制器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。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流，其片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此被称为微控制器。

嵌入式微控制器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和68300等。另外还有许多半通用系列，如支持USB（Universal Serial Bus，通用串行总线）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。

1.1.3 嵌入式数字信号处理器

嵌入式数字信号处理器对嵌入式系统结构和指令做了特殊的设计，使其适合于执行 DSP 算法，编译效率较高，指令执行速度也较快。DSP应用正从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实现。

DSP 有两个发展来源：一是 DSP 经过单片化、EMC 改造，增加片上外设发展而来，TI 的TMS320C2000 /C5000是这一类；二是在通用单片机或SoC中增加DSP协处理器，Intel的MCS-296和Infineon（Siemens）的TriCore属于此类。

嵌入式DSP的代表产品是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。

1.1.4 嵌入式片上系统

随着EDA（Electronic Design Automation，电子设计自动化）的推广、VLSI（Very Large Scale Integration，超大规模集成电路）的普及和半导体工艺的发展，在一个硅片上实现一个复杂系统已经成为可能，这就是SoC。各种通用处理器内核将作为SoC设计公司的标准库，和许多其他嵌入式系统外设一样，成为 VLSI 设计中一种标准器件，用标准的 VHDL 语言（Very- High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，超高速集成电路硬件描述语言）描述，存储在器件库中。我们只需设计应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂来制作样品了，除个别无法集成的器件外，整个嵌入式系统均可集成到一块或几块芯片中。

SoC分为通用和专用两类。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core；专用系列一般用于某个或某类系统中，如Philips的Smart XA，它将XA单片机内核和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SoC。