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嵌入式体系中处理器的“群英会”

随着半导体、计算机和控制理论等技术的日新月异,在设计一个嵌入式系统的时候,可以用来选择的处理器也越来越多。在笔者上大学的那时候,MCS-51单片机还在被作为一门重要的课程,多少感觉有一些高深莫测。然而

  跟着半导体、计算机和操控理论等技能的一日千里,在规划一个嵌入式体系的时分,可以用来挑选的处理器也越来越多。在笔者上大学的那时分,MCS-51单片机还在被作为一门重要的课程,多少感觉有一些不可捉摸。可是十多年时刻过去了,最初高端的DSPARM这样的芯片现已随处可见,乃至带有ARM硬核的FPGA产品,例如Xilinx的APSOC等也现已广泛面向了商场。

  作为开发规划人员,当然期望运用的处理器越强壮越好,这样往往不需求在功用要求和实践体系的约束中做出苦楚的折衷。可是在开发产品中,就需求归纳考虑到规划本钱、产品的推出时刻、功用要求等再做出挑选了,一些特定商场和特别的运用会有一些愈加额定的要求。所以为了更好地做出挑选,咱们需求对现有的、常用的处理器各自的特色进行一些总结、比较。

  1.微操控器,即MCU,也有浅显的名字叫“单片机”,信任是大部分相关专业的学生进入微机原理范畴所接触的第一类处理器。他们可以经过软件编程,通常情况下器材的封装较小(老款DIP封装的不算),从低端的4位MCU,一直到8位、16位、32位乃至高端的64位,规划和制造厂商极多,其运用场合广泛,从低端的二十元钱的固定电话,到高端的打印机都有触及。MCU的编程灵敏,开发时刻短,开发本钱相对较低,是电机操控,电容式接触,丈量,传感,照明和动力的抱负挑选。

  2.ARM与通用处理器(GPP)是近几年特别盛行的嵌入式体系开发所运用的处理器。其本质是在ARM公司授权的运算中心的根底上,被不同的制造厂商进行功用的定制,参加了多种多样的片上外设、存储器等,并针对特定的运用参加扩展结构以进步功率,例如大名鼎鼎的NEON技能,专门对多媒体运用范畴完成了增强的功用。

  ARM的开发也较为简略灵敏,而且有巨大的代码库,极大当地便了开发。而且往往供给了丰厚的人机界面,而且可以运转高档的实时操作体系,例如Linux乃至Windows8等。这些年智能手机、平板电脑的大热与ARM的迅速发展也是离不开的。其运用范畴也较为广泛,从音视频、多媒体、通信到工业运用都能见到它的身影。除掉经典的ARM7、9、11外,现在主要有3大系列,包含Cortex™-A系列-开放式操作体系的高功用处理器、Cortex-R系列-面向实时运用的杰出功用、Cortex-M系列-面向具有确定性的微操控器运用的本钱灵敏型解决方案。

  3.数字信号处理器(DSP)是数字革新的根底(TI语)。从工业操控、手机,音频和视频播放器、电话根底设施、无线基站,乃至生物辨识安全设备都有广泛的运用。与通用处理器(GPP)比较,DSP针对相关的信号处理进程进行了深度优化,然后有用减少了信号处理所需求的指令数。换言之,其指令的效能大大进步了,所以MIPS作为目标来衡量其功用往往是不充分的。DSP的可编程灵敏性使开发人员可以在软件中完成杂乱的算法,例如针对一个H.264视频编解码器,经过简略的软件晋级,就可以轻松处理不同的分辨率,可以完成新的编解码器和规范,由于不需求从头规划硬件。归纳考虑到功耗、功用、灵敏性和上市时刻,现在客户正在转向越来越实惠,低功耗的多核DSP。在数字信号处理器中心的根底上也可以参加多种多样的外设,例如TI的C2000系列,尽管现在被官方先后归类为DSC和MCU,但其仍然是一个有着强壮的数字信号处理器中心的工业操控器。

  4.运用专用集成电路(ASIC)和专用规范产品(ASSP)是彻底定制的芯片,彻底依据需求进行定制,可以发挥最大的效能,可是其灵敏性和上市时刻是最弱的,规划也极为杂乱,假如流片失利,丢失也是巨大的,所以只要少量实力雄厚的厂家才会运用,且容易不会进行更改,这样就形成其一般无法习惯快速改变的产品需求。当然在一些长时间运转而且不到万不得已不会停机替换的场合,仍是可以见到许多ASIC的身影的,例如一些运转了几十年的工控体系里边就可以找到它们。

  5.现场可编程门阵列(FPGA)器材可以供给与ASIC的挨近的功用(由于大部分功用可以选用硬件逻辑电路来完成),其编程的灵敏性和杂乱性则介于ASIC与其它处理器之间。FPGA的运用也极为广泛,从完成一些简略的逻辑,到一些极高功用的信号处理渠道都有规划。一些高端的FPGA还被用作开发ASIC所运用的原型体系。由于选用硬件电路且并行履行,在不考虑容量的情况下其功用要比DSP强壮,但在现在其本钱则一般没有优势。近两年来呈现了带有ARM硬核/多核的FPGA芯片,例如Xilinx的APSOCZYNQ系列等,其作为上述一些处理器的归纳体,其功用和灵敏性都是较为强壮的,假如价格可以降低到更低的水平,则也将有着愈加广泛的运用远景。

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