史上最全！常见的嵌⼊式处理器对⽐分析...⽂末还有精彩福利哦！嵌⼊式处理器简介 嵌⼊式处理器是嵌⼊式系统的核⼼，是控制、辅助系统运⾏的硬件单元。范围极其⼴阔，从最 初的4位处理器，⽬前仍在⼤规模应⽤的8位单⽚机，到最新的受到⼴泛青睐的32位，64位嵌⼊
式CPU。
⾃微处理器的问世以来，嵌⼊式系统得到了飞速的发展，嵌⼊式处理器毫⽆疑问是嵌⼊式系统
的核⼼部分，嵌⼊式处理器直接关系到整个嵌⼊式系统的性能。通常情况下嵌⼊式处理器被认
为是对嵌⼊式系统中运算和控制核⼼器件总的称谓。
世界上具有嵌⼊式功能特点的处理器已经超过1000种，流⾏体系结构包括MCU，MPU等30多
个系列。鉴于嵌⼊式系统⼴阔的发展前景，很多半导体制造商都⼤规模⽣产嵌⼊式处理器，并
且公司⾃主设计处理器也已经成为了未来嵌⼊式领域的⼀⼤趋势，其中从单⽚机、DSP到FPGA 有着各式各样的品种，速度越来越快，性能越来越强，价格也越来越低。嵌⼊式处理器的寻址
空间可以从64kB到16MB，处理速度最快可以达到2000 MIPS，封装从8个引脚到144个引脚不
等。
特点
嵌⼊式微处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的，但是⼯作稳定性更
⾼，功耗较⼩，对环境（如温度、湿度、电磁场、振动等）的适应能⼒强，体积更⼩，且集成
的功能较多。在桌⾯计算机领域，对处理器进⾏⽐较时的主要指标就是计算速度，从33MHz主
频的386计算机到3GHz主频的PenTIum 4处理器，速度的提升是⽤户最主要关⼼的变化，但在
嵌⼊式领域，情况则完全不同。嵌⼊式处理器的选择必须根据设计的需求，在性能、功耗、功
能、尺⼨和封装形式、SoC程度、成本、商业考虑等等诸多因素之中进⾏折中，择优选择。
嵌⼊式处理器做为嵌⼊式系统的核⼼，嵌⼊式处理器担负着控制、系统⼯作的重要任务，使宿
主设备功能智能化、灵活设计和操作简便。为合理⾼效的完成这些任务，⼀般说，嵌⼊式处理
器具有以下特点：很强的实时多任务⽀持能⼒，存储区保护功能，可扩展的微处理器结构，较
强的中断处理能⼒，低功耗。
嵌⼊式系统的核⼼是嵌⼊式微处理器。嵌⼊式微处理器⼀般就具备以下4个特点：
1）对实时多任务有很强的⽀持能⼒，能完成多任务并且有较短的中断响应时间，从⽽使内部的
代码和实时内核⼼的执⾏时间减少到最低限度。
2）具有功能很强的存储区保护功能。这是由于嵌⼊式系统的软件结构已模块化，⽽为了避免在
软件模块之间出现错误的交叉作⽤，需要设计强⼤的存储区保护功能，同时也有利于软件诊
断。
3）可扩展的处理器结构，以能最迅速地开展出满⾜应⽤的最⾼性能的嵌⼊式微处理器。
4）嵌⼊式微处理器必须功耗很低，尤其是⽤于便携式的⽆线及移动的计算和通信设备中靠电池供电的嵌⼊式系统更是如此，如需要功耗只有mW甚⾄µW级。
分类
1、微处理器
嵌⼊式微处理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通⽤计算机中的CPU演变⽽来的。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较⾼的性能，当然其价格也相应较⾼。但与计算机处理器不同的是，在实际嵌⼊式应⽤中，只保留和嵌⼊式应⽤紧密相关的功能硬件，去除其他的冗余功能部分，这样就以最
低的功耗和资源实现嵌⼊式应⽤的特殊要求。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。主要的嵌⼊式处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
其中Arm/StrongArm是专为⼿持设备开发的嵌⼊式微处理器，属于中档的价位。
2、微控制器
嵌⼊式微控制器（Microcontroller Unit， MCU）的典型代表是单⽚机，从70年代末单⽚机出现到今天，虽然已经经过了20多年的历史，但这种8位的电⼦器件在嵌⼊式设备中仍然有着极其⼴泛的应⽤。单⽚机芯⽚内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、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。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。微控制器是⽬嵌⼊式系统⼯业的主流。微控制器的⽚上外设资源⼀般较丰富，适合于控制，因此称微控制器。
由于MCU低廉的价格，优良的功能，所以拥有的品种和数量最多，⽐较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系列以及 MCU 8XC930/931、
C540、C541，并且有⽀持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专⽤MCU和兼容系列。MCU占嵌⼊式系统约7
0%的市场份额。Atmel出产的Avr单⽚机由于其集成了FPGA等器件，所以具有很⾼的性价⽐，势必将推动单⽚机获得更⾼的发展。
3、DSP处理器
嵌⼊式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor， EDSP），是专门⽤于信号处理⽅⾯的处理器，其在系统结构和指令算法⽅⾯进⾏了特殊设计，具有很⾼的编译效率和指令的执⾏速度。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了⼤规模的应⽤。 DSP的理论算法在70年代就已经出现，但是由于专门的DSP处理器还未出现，所以这种理论算法只能通过MPU等由分⽴元件实现。MPU较低的处理速度⽆法满⾜DSP的算法要求，其应⽤领域仅仅局限于⼀些尖端的⾼科技领域。随着⼤规模集成电路技术发展，1982年世界上诞⽣了⾸枚DSP芯⽚。其运算速度⽐MPU快了⼏⼗倍，在语⾳合成和编码解码器中得到了⼴泛应⽤。⾄80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第⼆代基于CMOS⼯艺的DSP芯⽚应运⽽⽣，其存储容量和运算速度都得到成倍提⾼，成为语⾳处理、图像硬件处理技术的基础。到80年代后期，DSP的运算速度进⼀步提⾼，应⽤领域也从上述范围扩⼤到了通信和计算机⽅⾯。90年代后，DSP发展到了第五代产品，集成度更⾼，使⽤范围也更加⼴阔。
最为⼴泛应⽤的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有
各⾃的应⽤范围。
4、⽚上系统
嵌⼊式⽚上系统（System On Chip）：SoC追求产品系统最⼤包容的集成器件，是嵌⼊式应⽤领域的热门话题之⼀。SOC最⼤的特点是成功实现了软硬件⽆缝结合，直接在处理器⽚内嵌⼊操作系统的代码模块。⽽且SOC具有极⾼的综合性，在⼀个硅⽚内部运⽤VHDL等硬件描述语⾔，实现⼀个复杂的系统。⽤户不需要再像传统的系统设计⼀样，绘制庞⼤复杂的电路板，⼀点点的连接焊制，只需要使⽤精确的语⾔，综合时序设计直接在器件库中调⽤各种通⽤处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯⽚⼚商进⾏⽣产。由于绝⼤部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减⼩了系统的体积和功耗，⽽且提⾼了系统的可靠性，提⾼了设计⽣产效率。
由于SOC往往是专⽤的，所以⼤部分都不为⽤户所知，⽐较典型的SOC产品是Philips的Smart XA。少数通⽤系列如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。
预计不久的将来，⼀些⼤的芯⽚公司将通过推出成熟的、能占领多数市场的SOC芯⽚，⼀举击退竞争者。SOC芯⽚也将在声⾳、图像、影视、⽹络及系统逻辑等应⽤领域中发挥重要作⽤。
嵌⼊式处理器汇总（常见）
（1）嵌⼊式ARM微处理器（嵌⼊式微处理器结构）
ARM微处理器的由来与发展
ARM（Advanced RISC Machines），既可以认为是⼀个公司的名字，也可以认为是对⼀类微处理器的通称，还可以认为是⼀种技术的名字。⽬前，采⽤ARM技术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是⼀种⾼性能、低功耗的32位微处器，它被⼴泛应⽤于嵌⼊式系统中。基于ARM技术的微处理器应⽤约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗⼊到我们⽣活的各个⽅⾯。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在⼿持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个⼈数字助理以及因特⽹设备等⽅⾯有了⼴泛的应⽤。
ARM微处理器的应⽤领域
ARM微处理器是⽬前应⽤领域⾮常⼴的处理器，到⽬前为⽌，ARM微处理器及技术的应⽤⼏乎已经遍及⼯业控制、消费类电⼦产品、通信系统、⽹络系统、⽆线系统等各类产品市场，深⼊到各个领域。
1、⼯业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯⽚不但占据了⾼端微控制器市场的⼤部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应⽤领域扩展，ARM微控制器的低功耗、⾼性价⽐，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。
2、⽆线通讯领域：⽬前已有超过85%的⽆线通讯设备采⽤了ARM技术，ARM以其⾼性能和低成本，在该领域的地位⽇益巩固。
3、⽹络应⽤：随着宽带技术的推⼴，采⽤ARM技术的ADSL芯⽚正逐步获得竞争优势。此
外，ARM在语⾳及视频处理上⾏了优化，并获得⼴泛⽀持，也对DSP的应⽤领域提出了挑战。
4、消费类电⼦产品：ARM技术在⽬前流⾏的数字⾳频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到⼴泛采⽤。
5、成像和安全产品：现在流⾏的数码相机和打印机中绝⼤部分采⽤ARM技术。⼿机中的32位SIM智能卡也采⽤了ARM技术。
基于RISC架构的ARM微处理器的特点
1、体积⼩、低功耗、低成本、⾼性能;
2、⽀持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;
3、⼤量使⽤寄存器，指令执⾏速度更快;
4、⼤多数数据操作都在寄存器中完成;
5、寻址⽅式灵活简单，执⾏效率⾼;
总线上的音频设备
6、指令长度固定;
（2）嵌⼊式MIPS处理器
MIPS处理器的发展概述
MIPS是世界上很流⾏的⼀种RISC处理器。MIPS的意思是“⽆内部互锁流⽔级的微处理
器”（MicroprocessorwithouTInterlockedpipedstages），其机制是尽量利⽤软件办法避免流⽔线中的数据相关问题。MIPS技术公司是是美国著名的芯⽚设计公司，采⽤精简指令系统计算结构（RISC）来设计芯⽚，它设计制造⾼性能、⾼档次及嵌⼊式32位和64位处理器的⼚商，在RISC处理器⽅⾯占有重要地位。
MIPS的系统结构及设计理念⽐较先进，其指令系统经过通⽤处理器指令体系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV到MIPSV，嵌⼊式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经⼗分成熟。
在设计理念上MIPS强调软硬件协同提⾼性能，同时简化硬件设计。和英特尔采⽤的复杂指令系统计算结构（CISC）相⽐，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应⽤更多先进的技术，开发更快的下⼀代处理器。
MIPS是出现最早的商业RISC架构芯⽚之⼀，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强⼤的功能。
MIPS处理器的应⽤
MIPS在通⽤⽅⾯，MIPSR系列微处理器⽤于构建SGI的⾼性能⼯作站、服务器和超级计算机系统。在嵌⼊式⽅⾯，MIPSK系列微处理器是⽬前仅次于ARM的⽤得最多的处理器之⼀（1999年以前MIPS是世界上⽤得最多的处理器），其应⽤领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个⽅⾯。
（3）PowerPC
PowerPC体系结构规范（PowerPCArchitectureSpecificaTIon）是在⼆⼗世纪九⼗年代，由IBM（国际商⽤机器公司）、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发的芯⽚，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。
PowerPC架构的特点是可伸缩性好、⽅便灵活。它是⼀个64位规范（也包含32位⼦集）。⼏乎所有常规可⽤的PowerPC（除了新型号IBMRS/6000和所有IBMpSeries⾼端服务器）都是32位的。
PowerPC市场占有率不是很⾼，但在通信系统的控制和管理中⽤得很多。
（4）嵌⼊式X86处理器
x86是⼀个Intel通⽤计算机系列的标准编号缩写，也标识⼀套通⽤的计算机指令集合，X与处理器没有任何关系，它是⼀个对所有*86系统的简单的通配符定义，例如：i386，586，奔腾（Pentium）。由于早期Intel的CPU编号都是如8086，80286来编号，由于这整个系列的CPU
都是指令兼容的，所以都⽤X86来标识所使⽤的指令集合如今的奔腾，P2，P4，赛扬系列都是⽀持X86指令系统的，所以都属于X86家族。
x86以⽆可⽐拟的性能价格⽐优势成为计算平台的标准。但是x86仍然基于32位技术——对于⾼端的企业级服务器与⼯作站应⽤⽆能为⼒。与ARM架构的产品相⽐，嵌⼊式X86处理器普遍拥有⾼得多的性能，但功耗也⾼了许多，尽管依然可以维持⽆风扇运⾏状态，但根本⽆法⽤于PDA、智能⼿机等完全依*电池运作的掌上计算产品。真正对嵌⼊式X86处理器产⽣需求的是⽹络终端、瘦客户机、廉价/低能耗型PC、家庭消费电⼦产品、POS终端机等要求PC软件延续性的领域，对应设备体积相对较⼤，不依*电池运⾏，但要求具有较⾼的性能、低能耗、低噪⾳和⾼可靠性等优点。2006年X86推出了⾸款双核处理器。
X86和ARM、MIPS相⽐，X86架构的嵌⼊式处理器应⽤范围要狭窄⼀些。它主要应⽤于桌⾯端和低端服务器处理器。
（5）嵌⼊式DSP处理器
DSP是在模拟信号变换成数字信号以后进⾏⾼速实时处理的专⽤处理器，其处理速度⽐最快的CPU还快10～50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP⼰成为通信、计算机、消费类电⼦产品等领域的基础器件。业内⼈⼠预⾔，DSP将是未来集成电路中发展最快的电⼦产品，并成为电⼦产品更新换代的决定因素。
DSP是属于ModifiedHarvard架构，即它具有两条内部总线：数据总线、程序总线。程序与数据存储空间分开，各有独⽴的地址总线和数据总线，取址和读数可以同时进⾏，⽬前已达到90亿次浮点运算/秒（9000MFLOPS）。它采⽤流⽔作业，每条指令的执⾏划分为取指令、译码、取数、执⾏等若⼲步骤，由⽚内多个功能单元分别完成。相当于多条指令并⾏执⾏，从⽽⼤⼤提⾼了运算速度。乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中的⼤量重复乘法。采⽤循环寻址（Circularaddressing）位倒序，（bit-reversed）等特殊指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度⼤⼤提⾼。1024点FFT的时间已⼩于1µs。具有独⽴的DMA总线和控制器，有⼀组或多组独⽴的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并⾏⼯作，在不影响CPU⼯作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上。多处理器接⼝。使多个处理器可以很⽅便的并⾏或串⾏⼯作以提⾼处理速度。
DSP处理器经过单⽚化、EMC改造、增加⽚上外设，或在通⽤单⽚机或SOC中增加DSP协处理器，从
⽽发展成为嵌⼊式DSP处理器（EmbeddedDigitalSignalProcessor，EDSP），推动嵌⼊式DSP处理器发展的因素主要是嵌⼊式系统的智能化。⽬前TI、ADI、Freescale、CEVA等半导体⼚商在这⼀领域拥有很强的实⼒。
DSP通⽤DSP的主要市场在于通信应⽤，⽽嵌⼊式DSP则主要应⽤于消费电⼦产品，⽐如DVD 播放器和刻录机、机顶盒、⾳视频接收设备、MP3播放器和数码相机等。但是，WLAN、DSL 和线缆宽带⽹络等通信芯⽚也带有嵌⼊式DSP。
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