[转帖]嵌入式处理器漫谈

提纲

嵌入式处理器分类

应用领域

案例剖析

展望

一、嵌入式处理器内核分类

按照体系结构分类，不涉及具体的处理器芯片。嵌入式领域全部是RISC指令集的处理器内核。

MIPS： ，只设计内核的美国公司

ARM： ，只设计内核的英国公司

PowerPC：为IBM和Motorola公司共有的内核

68K/COLDFIRE：Motorola公司独有的内核

二、嵌入式处理器的要求

1.技术因素：

低功耗(高速不是首要的)

外围设备接口丰富程度

2.非技术因素：

刚好适用、不盲目追求速度，求得芯片成本与功耗、功能的最佳匹配，不多一分、不多一毫

供货稳定持久，不要经常升级换代、导致停产

系列化、家族化

三、什么是处理器内核？

处理器内核是一个设计，并不是一个芯片

内核的设计一般追求高速度、低功耗、易于集成

内核的设计 VS. 外围设备接口的设计

四、各个内核的特点

MIPS core：高速，跨入了64位时代，多core集成；

ARM core：低功耗，javabyte的支持；

PowerPC core：高速与低功耗之间作了妥协，并集成极度丰富的外围电路接口；

68K/COLDFIRE core：业界被最广泛应用的嵌入式处理器内核，目前还在不停更新换代与发展。

1.MIPS内核

两个最重要的MIPS core芯片厂商：PMC和IDT

高端被PMC-Sierra公司做成芯片；低端被IDT公司做成芯片。

PMC-Sierra公司的MIPS处理器被CISCO公司由于历史用的原因，大量采用在高端路由器上。

IDT公司在MIPS core上集成PCI接口，广泛用于LAN Switch；另外也尝试增加了HDLC，Ethernet，串口，SDRAM控制器、片选，DMA控制器等等外设接口，意图用于底端通讯产品。

2.ARM内核

ARM内核的设计技术被授权给数百家的半导体厂商，做成不同的SOC芯片。

ARM core在当今最活跃的无线局域网、3G、手机终端、手持设备、有线网络通信设备中广泛应用，其应用形式是集成到专用芯片之中作为控制器。

例如：Intersil的802.11B AP芯片组集成了ARM9 core；Broadcom的Lan-Switch芯片组集成了ARM core。

ARM内核功耗举例

ARM1020E Dynamic Power

Dhrystone2.1

得到的数据如下：

ARM10E Core 32%

Data Cache 24%

Instruction Cache 22%

Clocks 6%

Instruction MMU 5%

Data MMU 5%

BIU 5%

Buffers 1%

采用ARM内核的主要半导体处理器厂商

韩国三星公司：在其面向手持设备和网络设备的处理器上都全面采用了arm core，如S3C4510B用于gateway。

Intel公司：从StrongARM到Xscale处理器家族，都是立足于armcore并增加了多媒体指令特性、乃至NP的特性、并进一步降低功耗，提高速度。

Motorola公司：在其手持设备处理器方面从68K内核改成了ARM内核，从此，手持设备领域成了ARM core的天下。

Cirrus Logic公司：ep7312等手持设备处理器，增加MP3以及音频处理的功能。

3.PowerPC内核

PowerPC内核被Motorola用于嵌入式领域，至今，已经开成在通信领域用得最广泛的处理器内核。该内核被摩托罗拉公司设计到SOC芯片之中形成了一个巨大的嵌入式处理器家族。

中兴通信、华为等在其通信产品中大量采用Motorola的PowerPC家族的系列嵌入式处理器。MPC860和MPC8260是其最经典的两款PowerPC内核的嵌入式处理器。

4.68K/Coldfire内核

68K内核是最早在嵌入式领域广泛应用的内核。其最著名的代表芯片是68360。Coldfire继承了68K的特点并继续兼容它。

最近，摩托罗拉已经发布了的第五版本V5的内核。

Coldfire内核被中上DSP模块、CAN总线模块以及一般嵌入式处理器所集成的外设模块，从而形成了一系列的嵌入式处理器，在工业控制、机器人研究、家电控制等领域被广泛采用。

我认为：嵌入式技术必将成为IT领域的基础技术。无论在工业自动化控制领域、手持设备领域、数据通信领域、信息家电领域，你都必将要以嵌入式技术为基础，才能进一步开发本领域的专业设备。

五、嵌入式技术要素

计算机体系结构知识

逻辑电路设计知识

C语言编程知识

TCP/IP网络知识

六、嵌入式技术应用领域：手持设备

ARM因为其低功耗以及对javabyte的支持等丰富的特性、也由于ARM core的快速设计发展，目前， ARM取得了在手持设备 领域(PDA、手机、手持设备)的领导地位。

Intel公司StrongARM取得了巨大的成功，PLAM公司宣布在其新的PDA中使用ARM core的处理器。

其它：AMD的MIPS core的Au1000/1100/1500系列；日本的某些处理器系列，SH3，NEC VR41xx等；属于非主流手持设备处理器。

七、数据通信领域：百家争鸣

摩托罗拉基于PowerPC内核的PowerQUICC，PowerQUICC II，and PowerQUICC III家族数十种型号的嵌入式通信处理器

三星基于ARM内核的4510、4530、44B0等型号

Intel公司Xscale系列中PXA425等

NP(Network Processor)：由专用A SIC发展成可编程包转发处理器。 例如：IBM的PowerNP系列以及摩托罗拉的 C-Port、Intel的IXP系列等。

八、选用嵌入式处理器的原则

是不是越通用越好？

是不是速度越快越好？

基于工程的理由：

有bug改得快，供货稳定长久，家族系列兼容性好，上手之后产品开发很快，选非主流或者说小厂的东西，是“勇敢者的选择”。你敢冒产品失败的风险吗？设计出来之后，厂商告诉你，芯片供货周其很长；过了半年，你发现不同批次的芯片焊在析子上结果不一样，你改设计？再过半年，厂商告诉你，我们停产了，有新的，你跟着升级吧？……

九、结论与展望

结论：SOC(System on a Chip)片 上系统，意即在一个芯片上设计了整个系统。 嵌入式处理器就是一个SOC。SOC的目 标是更专 用 的，不是通用的。它要求刚刚合用、最低的成本代价、最高的集成度。以它为核心的产品将因此能够更快上市、成本理低、功能更丰富、体积更小、功耗更低。

展望：未来的嵌入式处理器的竞争将导常激烈，不但要集成更加丰富的新型外设接口，也需要不能因此忽略了功耗，还要提供更强的计算能力以及集成各种特殊的协处理器(例如DSP运算、多媒体硬件部件、java加速等等)，还有一点：硅片面积导致的芯片制造成本。