【系统架构设计师】嵌入式微处理器

1. 说明

• 1.嵌入式微处理器主要用于处理相关任务。
• 2.由于嵌入式系统通常都在室外使用，可能处于不同环境，因此，选择处理器芯片时，也要根据不同使用环境选择不同级别的芯片。
• 3.其主要因素是芯片可适应的工作环境温度。
• 4.通常，我们把芯片分为民用级、工业级和军用级。
• 5.民用级器件的工作温度范围是 0 ~ 70℃、工业级的是 -40 ~ 85℃、军用级的是-55 ~ 150℃。
• 6.当然，除了环境温度外，环境湿度、震动、加速度等也是应考虑的因素。
• 7.通常嵌入式处理器的选择还要根据使用场景不同选择不同类型的处理器，从处理器分类看，大致可分为:
  微处理器(Micro Processor Unit, MPU)
  微控制器:(Micro Control Unit, MCU)
  信号处理器(Digital Signal Processor, DSP)
  图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)
  片上系统(System on Chip，SoC)

2. 微处理器(MPU)

• 1.将微处理器装配在专门设计的电路板上，只保留与嵌入式应用有关的母板功能。
• 2.与工业控制计算机相比，其优点在于体积小，重量轻，成本低以及可靠性高，但是电路板上必须包括 ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件，降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。
• 3.嵌入式微处理器目前主要有:Am186/88、386EX、SC-400、PowerPC、68000、MIPS、ARM 系列等。

3. 微控制器(MCU)

• 1.又称单片机。
• 2.微处理器一般以某一种微处理内核为核心，每一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和封装。
• 3.与MPU相比，MCU的最大优点在于单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。
• 4.微控制器比较有代表性的通用系列包括:8501，P51XA，MCS-251，MCS-96/196/296，C166/167，MC68HC05/11/12/16，68300和数目众多的 ARM 系列。

4. 信号处理器(DSP)

• 1.DSP处理器对系统结构和指令进行了特殊设计(通常，DSP采用一种哈佛结构)，使其适合于执行 DSP 算法，编译效率高，指令执行速度也高。
• 2.DSP 处理器比较有代表性的产品是TI公司生产的TMS320系列(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系列和C8000系列)和Freescale 公司生产的DSP56000系列，另外 PHILIPS 公司近年也推出了基于可重置嵌入式DSP 结构的采用低成本，低功耗技术制造的 R.E.A.L DSP 处理器。

5. 图形处理器(GPU)

• 1.GPU是图形处理单元的缩写，是一种可执行渲染 3D 图形等图像的半导体芯片(处理器)。
• 2.GPU可用于个人电脑、工作站、游戏机和一些移动设备上做图像和图形相关运算工作的为处理器。
• 3.它可减少对CPU的依赖，并进行部分原本CPU的工作，尤其是在 3D图形处理中，GPU采用了核心技术(如:硬件 T&L、纹理压缩等)保证了快速 3D 渲染能力。

6. 片上系统(SoC)

• 1.各种通用处理器内核作为SoC设计公司的标准库，与许多其他嵌入式系统的外设一样，成为 VLSI设计中的一种标准的器件，用标准的VHDL等语言描述，存储在器件库中，用户只需要定义出整个应用系统。
• 2.除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分都可集成到一块或几块芯片中。

7. 例题

7.1 例题1

• 1.题目

1.一般说来，S0C称为系统级芯片，也称片上系统，它是一个有专用目标的集成电路产品。
以下关于S0C不正确的说法是()
A.SoC是一种技术，是以实际的、确定的系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程
B.SoC是一款具有运算能力的处理器芯片，可面向特定用途进行定制的标准产品
C.SoC是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上，完成信息系统的核心功能
D.SoC是将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器(或片外存储控制接口)集成在单一芯片上是面向特定用途的标准产品

• 2.分析

1.SoC称为片上系统，它是一个产品，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。所以B的说法是错误的，SoC不是一块处理器芯片。同时它又是一种技术，用以实现从确定系统功能开始，到软/硬件划分，并完成设计的整个过程。
2.从狭义角度讲，它是信息系统核心的芯片集成，是将系统关键部件集成在一块芯片上；
3.从广义角度讲，SoC是一个微小型系统，如果说中央处理器（CPU）是大脑，那么SoC就是包括大脑、心脏、眼睛和手的系统。国内外学术界一般倾向将SoC定义为将微处理器、模拟IP核、数字IP核和存储器（或片外存储控制接口）集成在单一芯片上，它通常是客户定制的，或是面向特定用途的标准产品。