1.1 嵌入式處理器簡介

據不完全統計，全世界嵌入式處理器的品種總量已經超過1000種，流行體系結構有三十幾個系列。嵌入式處理器的尋址空間一般從64KB到16MB，處理速度從0.1MIPS（Million Instructions Per Second，百萬指令每秒）到2000 MIPS。

嵌入式系統中的處理器通常分為3大類，即微處理器（Micro-Processor Unit，MPU）、微控制器（Micro-Controller Unit，MCU）和數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）。

微處理器是指功能較強大的CPU，它不是為任何特定的計算目標而設計的。因此這種芯片通常用于個人計算機與服務器。

微控制器是針對嵌入式系統而設計的，它將CPU、存儲器以及其他外設都集成在同一塊電路板上。

數字信號處理器中的 CPU 是針對快速離散時間信號處理計算的。因此，DSP 非常適用于音頻及視頻通信。

現代的芯片生產工藝已經允許將重要處理器的內核和各種外圍的芯片器件整合在一起，以進一步降低功耗，達到專用的需求，這時，便出現了片上系統（System on Chip，SoC）。

1.1.1 嵌入式微處理器

嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，早期的嵌入式系統是將微處理器裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的功能，這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。和通用計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低和可靠性高的優點。

和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低和可靠性高的優點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統的可靠性，技術保密性也較差。嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機，如STD-BUS、PC104等。嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS和ARM系列等。

1.1.2 嵌入式微控制器

嵌入式微控制器又稱單片機，是將整個計算機系統集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM（Erasable Programmable ROM，可擦除可編程ROM）、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash RAM和EEPROM（Electrically Erasable Programmable ROM，電可擦除可編程 ROM）等各種必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統工業的主流，其片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此被稱為微控制器。

嵌入式微控制器目前的品種和數量最多，比較有代表性的通用系列包括 8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16和68300等。另外還有許多半通用系列，如支持USB（Universal Serial Bus，通用串行總線）接口的MCU 8XC930/931、C540、C541，支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統約70%的市場份額。

1.1.3 嵌入式數字信號處理器

嵌入式數字信號處理器對嵌入式系統結構和指令做了特殊的設計，使其適合于執行 DSP 算法，編譯效率較高，指令執行速度也較快。DSP應用正從通用單片機中以普通指令實現DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP實現。

DSP 有兩個發展來源：一是 DSP 經過單片化、EMC 改造，增加片上外設發展而來，TI 的TMS320C2000 /C5000是這一類；二是在通用單片機或SoC中增加DSP協處理器，Intel的MCS-296和Infineon（Siemens）的TriCore屬于此類。

嵌入式DSP的代表產品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動通信的C5000系列及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經發展成為DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等幾個不同系列的處理器。

1.1.4 嵌入式片上系統

隨著EDA（Electronic Design Automation，電子設計自動化）的推廣、VLSI（Very Large Scale Integration，超大規模集成電路）的普及和半導體工藝的發展，在一個硅片上實現一個復雜系統已經成為可能，這就是SoC。各種通用處理器內核將作為SoC設計公司的標準庫，和許多其他嵌入式系統外設一樣，成為 VLSI 設計中一種標準器件，用標準的 VHDL 語言（Very- High-Speed Integrated Circuit Hardware Description Language，超高速集成電路硬件描述語言）描述，存儲在器件庫中。我們只需設計應用系統，仿真通過后就可以將設計圖交給半導體工廠來制作樣品了，除個別無法集成的器件外，整個嵌入式系統均可集成到一塊或幾塊芯片中。

SoC分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon的TriCore、Motorola的M-Core；專用系列一般用于某個或某類系統中，如Philips的Smart XA，它將XA單片機內核和CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載Java或C語言的專用SoC。