2.1.1 嵌入式處理器分類

嵌入式處理器分為嵌入式微控制器（Micro Control Unit，MCU）、嵌入式微處理器（Micro Process Unit，MPU）和芯片級系統(tǒng)（SoC）。

（1）嵌入式微控制器

嵌入式微控制器目前除了部分為32位處理器外，大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器其典型代表是單片機，如Intel公司的MCS-51系列，雖然近年來新型的高端系列產(chǎn)品不斷出現(xiàn)，但這種8位的電子器件在嵌入式設(shè)備中仍然有著極其廣泛的應(yīng)用。單片機將CPU、存儲器ROM/RAM、總線、總線邏輯、定時器/計數(shù)器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、AD、DA等必要功能和外設(shè)集成在一塊芯片內(nèi)部。和嵌入式微處理器相比，其主要特點是單片化、可靠性高、體積小，從而使功耗和成本下降，具有較高的性價比。單片機的片上外設(shè)資源一般比較豐富，適合用于控制，因此稱其為嵌入式微控制器。MCU由于低廉的價格、優(yōu)良的功能，因此擁有的品種和數(shù)量最多。比較有代表性的MCU包括8位內(nèi)核的MCS-51系列、AVR系列、PIC系列，16位的MCS-96/196/296系列、MSP430系列以及32位的STM32系列等，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列，嵌入式微控制器如圖2-1所示。

圖2-1 嵌入式微控制器（MCU）

（2）嵌入式微處理器

嵌入式微處理器由通用計算機中的CPU演變而來。與通用計算機中的微處理器不同的是，它只保留了和嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用緊密相關(guān)的功能硬件，去除其他冗余部分，同時添加了必要的擴展電路與接口電路，以較低的功耗和資源滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求。嵌入式微處理器一般是32位的，與微控制器相比，具有較大的尋址空間和較高的處理速度，能支持嵌入式操作系統(tǒng)的運行。因此，嵌入式微處理器更適合中大型的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)。近年來，嵌入式微處理器的主要發(fā)展方向是小體積、高性能、低功耗。同時，其專業(yè)分工也越來越明顯，出現(xiàn)了專業(yè)的知識產(chǎn)權(quán)核（Intellectual Property Core，IP）供應(yīng)商，如ARM、MIPS等。它們通過提供優(yōu)質(zhì)、高性能的嵌入式微處理器內(nèi)核，由各個半導(dǎo)體廠商生產(chǎn)面向各個應(yīng)用領(lǐng)域的芯片。在我國，ARM公司的ARM內(nèi)核的嵌入式處理器占主導(dǎo)地位，嵌入式微處理器如圖2-2所示。

圖2-2 嵌入式微處理器（MPU）

（3）芯片級系統(tǒng)

芯片級系統(tǒng)是20世紀90年代中期出現(xiàn)的一個概念，隨著EDA的推廣、VLSI設(shè)計的普及和半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復(fù)雜的系統(tǒng)的時代已來臨。SoC在單芯片上集成了數(shù)字信號處理器、微控制器、存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等電路模塊，可以直接實現(xiàn)信號采集、轉(zhuǎn)換、存儲、處理等功能。SoC的最大特點是成功實現(xiàn)了軟硬件無縫結(jié)合，具有極高的綜合性，在一個硅片內(nèi)部運用VHDL等硬件描述語言，即可實現(xiàn)一個復(fù)雜的系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計不同，用戶不再需要繪制復(fù)雜的電路板以及焊接電路，只需要使用合適的語言，綜合時序設(shè)計，直接在元器件庫中調(diào)用各種通用處理器標準，通過仿真之后就可以直接交付芯片制造廠商生產(chǎn)。這樣，除個別無法集成的元器件以外，整個嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中，應(yīng)用系統(tǒng)硬件電路將變得很簡潔，這對嵌入式系統(tǒng)要求的小體積、低功耗、高可靠性非常有利。嵌入式SoC如圖2-3所示。

圖2-3 嵌入式SoC