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嵌入式微处理器嵌入式微处理器2010-06-20 06：00嵌入式微处理器有许多种流行的处理器核，芯片生产厂家一般都基于这些处理器核生产不同型号的芯片。本节将主要介绍以下几种嵌入式处理器的架构，以及典型芯片制造商生产的芯片型号。1.ARM/StrongARM ARM(Advance RISC Machines)公司是全球领先的1 6/32位Rlsc微处理器知识产权设计供应商。ARM公司通过转让高性能、低成本、低功耗的RIsc微处理器、外围和系统芯片设计技术给合作伙伴，使他们能用这些技术来生产各具特色的芯片。ARM已成为移动通信、手持设备、多媒体数字消费嵌入式解决方案的RISC标准。ARM处理器有三大特点：小体积、低功耗、低成本而高性能；16/32位双指令集；全球众多的合作伙伴。ARM处理器目前有5个系列产品：ARIM7、ARM9、ARM9E、ARMl0和SecurCore。其中ARM7是低功耗的32位核，最适合应用于对价位和功耗敏感的产品，它又分为应用于实时环境的ARM7TDMI、ARM7TDMI-s，以及适用于开放平台的ARM720T和适用于DsP运算及支持Java的ARM7EJ等。ARM7TDMI处理器是ARM7处理器系列成员之一，是目前应用最广的32位高性能嵌入式RlSC处理器。下面以ARM7TDMI为例，介绍ARM芯片的性能特性。(1)指令流水线ARM7TDMI使用流水线以提高处理器指令的流动速度。流水线允许几个操作同时进行，以及处理和存储系统连续操作。ARM7TDMI使用3级流水线，因此，指令的执行分为3个阶段一取指、译码和执行。当正常操作时，在执行一条指令期间，其后续的一个指令进行译码，且第3条指令从存储器中取指令。(2)存储器访问ARM7TDMI核是冯诺依曼体系结构，使用单一32位数据总线传送指令和数据。只有加载、存储和交换指令可以访问存储器中的数据。数据可以是：8位(字节)、16位(半字)和32位(字)。字必须是4字节边界对齐，半字必须是2字节边界对齐。(3)存储器接口ARM7TDMI的存储器接口被设计成在使用存储器最少的情况下实现其潜能。速度的关键控制信号是流水作业的，以允许在标准低功耗逻辑下实现系统控制功能。这些控制信号方便了许多片内和片外存储器技术支持快速突发(BURST)访问模式的开发。ARM7TDMI有4种存储周期的基本类型：空闲周期、非顺序周期、顺序周期和协处理器寄存器传送周期。(4)嵌入式ICE-RT逻辑嵌入式ICE-RT逻辑为ARM7TDMI核提供了集成的在片调试支持。可以使用嵌入式ICE-RT逻辑来编写断点或观察断点出现的条件。嵌入式ICE-RT逻辑包含调试通信通道(Debug Communications Channel，DCC)。DCC用于在目标和宿主调试器之间传送信息。嵌入式ICE-RT逻辑通过JTAG(Joint Test Action Group)测试访问口进行控制。ARM7TDMI有2个指令集：32位ARM指令集和16位THUMB指令集。基于ARM处理器核的典型产品如下：Intel公司的SongARM的系列：SA-110、SA-1100、SA-1101、SA-1110、SA-1111Cirrus Logic公司的ARM系列：EP7209、EP721 1、EP7212、EP7312、EP9312、PS7500FE；Samsung公司的ARM系列：S3C44B0、S3C2400、S3C4510：Aplio公司的ARM系列：Aplio/TRIO；LinkUpSystems公司的ARM系列：L7200、L7205；NETsillicon公司的ARM系列：NET+ARM；Triscend Corporation ARM的产品：A7。2.MIPS MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages的缩写，是一种处理器内核标准，它是由MIPS技术公司开发的。MIPS技术公司是一家设计制造高性能、高档次的嵌入式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公司设计RISC处理器始于20世纪80年代初；1986年推出R2000处理器；1988年推出R300(I处理器；1991年推出第款64位商用微处理器R4000之后，又陆续推出R8000.(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型号。之后，MIPs公司的战略发生变化，把重点放在嵌入式系统。1999年，MIPS公司发布MIPS 32和MIPS64构件标准，为未来MIPS处理器的开发奠定了基础。新的架构集成了原来所有的MIPS指令集，并且增加了许多更强大的功能。MIPS公司陆续开发了高性能、低功耗的32位处理器内核(core)MPS 32 4Kc与高性能64位处理器内核MIPS 64 5Kc。2000年，MIPS公司发布了针对MIPS 324Kc的新版本以及未来64位MIPS 64 20Kc处理器内核。为了使用户更加方便地应用MIPS处理器，MIPS公司推出了一套集成的开发工具，称为MIPS IDF(：Integrated Development Framework)，特别适用于嵌入式系统的开发。M1PS技术公司既开发MIPS处理器结构，又自己生产基于MIPS的32位/64位芯片。MIPS的定位很广，在高端它有64位的20Kc家族，在低端市场有SmartlvllPS。在MIPS的公司网址上有这样一句话来介绍自己：如果您有一台机顶盒设备，那很可能就是基于MIPS的；如果您有一台视频游戏机，或许它就是基于MIPS的；你的电子邮件或许就是通过基于MIPS芯片的clSCO路由器来传递的；您的公司所使用的激光打印机也有可能使用着基于MIPS的64位处理器。由此可见MIPS芯片的使用领域确实极为广泛。MIPS技术公司32位的嵌入式处理器MIPS32TM体系的特性如下：与MIPS I和MIPS II。"指令体系(ISA)完全兼容。增强的状态传送及数据预取指令。标准的DSP操作：乘(MUL，)、乘加(MADD)及Count leading 0/ls(cLZ/0)。优先的CacheLoaciControl操作。向上与MIPS64"体系兼容。7个、32个32位的通用寄存器(GPRs)；2个乘/除寄存器(HI和LO)。可选的浮点数支持：32个单精度32位或者16个双精度64位浮点数寄存器(FPRs)、浮点状态代码寄存器。可选的存储器管理单元(MMU)：TLB或BAT地址翻译机制、可编程的页面大小。可选的cache：可选择指令缓存和数据缓存大小，数据缓存可选择Write-back或Write-through方式、支持虚拟地址或物理地址方式。增强的JTAG(EJTAG)提供不受干扰(Non-intrusive)的调试支持。基于这些特性，MIPS芯片被广泛应用于以下环境：M1PS32TM及其兼容处理器定位于高性能、低功耗的片上系统(System-On-chip)等嵌入式应用。便携式计算系统：手持或掌上电脑、信息电器、数字信息管理。便携式通信设备：便携式电话(cellar phone)、下一代3G手持设备、智能电话(Smart phone)、可视电(Screen phone)。数字消费产品：数字相机(Digital cameras)、机顶盒(STB)、游戏平台(Game Platform)、DVD)播放器。办公自动化设备：打印机、复印机、扫描仪、多功能外设。工业控制：仓库存储系统、自动化系统、导航系统(GPS)、图形系统、精细终端(Pos、ATM、E-Cash)。3.PowerPC Powel-Pc架构的特点是可伸缩性好，方便灵活。Power Pc处理器品种很多，既有通用的处理器，又有嵌入式控制器和内核，应用范围非常广泛，从高端的工作站、服务器到桌面计算机系统，从消费类电子产品到大型通信设备等各个方面。目前Power Pc独立微处理器与嵌入式微处理器的主频从25MHz700MHz不等，它们的能量消耗、大小、整合程度、价格差异悬殊，主要产品模块有主频350MHz一700MHz PowerPC 750CX和750C：Xe以及主频400 MHz的Power Pc 4-40GP等。嵌入式的Powel Pc 405(主频最高为266MHz)和Power Pc 440(主频最高为550MHz)处理器内核可以用于各种集成的系统芯片(System-On-chip，SOC)设备上，在电信、金融和其他许多行业具有广泛的应用。基于。Power Pc架构的处理器有：(1).IBM：Power PC IBM公司开发的PowerPC 405 GP是一个集成10/100Mbps以太网控制器、串行和并行端口、内存控制器以及其他外设的高性能嵌入式处理器。Power Pc 405 GP嵌入式处理器的特性：Power Pc 405 GP是一个专门应用于网络设备的高性能嵌入式处理器，包括有线通信、数据存储以及其他计算机设备。扩展了Power Pc处理器家族的可伸缩性。应用软件源代码兼容所有其他的Power Pc处理器。