1.2 嵌入式處理器

嵌入式系統的核心部件是嵌入式處理器，嵌入式處理器的功能從某種程度上就決定了嵌入式系統的規模和能力。構建一個嵌入式系統首先需要選擇一款合適的嵌入式處理器。前面內容曾經提到，與通用計算機中的CPU相比，嵌入式處理器內部不僅有CPU，還有不同數量和類型的外設接口電路。但是國際上對于嵌入式處理器的稱呼，不同生產廠家會采用不同的名稱，如Embedded Microprocessor Unit，Micro Controller，Single Chip Processor等。國內關于嵌入式處理器的分類也是仁者見仁，智者見智。下面從應用的角度對嵌入式處理器進行一些類型分析。

1.2.1 嵌入式處理器的類型

1）嵌入式微處理器及微控制器

嵌入式微處理器（Embedded Microprocessor Unit，EMPU）通常指那些具有32位字長，可運行某種操作系統功能較強的嵌入式處理器，同時它們也符合嵌入式系統在體積、功耗、可靠性、價格等方面的要求。

嵌入式處理器目前主要有X86系列（主要有Intel、AMD及臺灣威盛生產的產品），Motorola的Power PC、MC68系列、MIPS的MIPS系列、Zilog的Z8000系列，以及目前市場占有率最高的以ARM處理器內核衍生出的各種ARM系列。

國際上一些公司通常習慣會將自己的部分嵌入式處理器產品稱為微控制器（Microcontroller Unit，MCU），例如Intel的80386EX，AMD的嵌入式486/586系列，Motorola的Power PC系列，MIPS的Mips系列等。

2）單片機

單片機（Single-Chip Computer）或微控制器實際上指的是同一類處理器，這類處理器集CPU及多種外設接口電路于一身。有的公司將其稱為單片機，有的則稱其為微控制器。要想明確的區分什么是單片機，什么是微控制器是一件困難的事情。從概念上來歸類目前這些處理器，單片機主要涵蓋了CPU處理能力較弱，存儲器空間較小，數據寬度較窄的一類處理器。但也不盡其然。例如Intel公司將其功能較弱的處理器，如8位的MCS-8051系列處理器，16位的MCS-96系列處理器稱為單片機。而功能較強的產品，如8位的80188，16位的80186，32位的80386EX等稱為微控制器。而Motorola公司則將其32位的功能較強的Power PC的一些產品系列稱之為單片機。

從應用的角度來看，大多數單片機主要應用于低端應用場合，例如在小型的工業控制中作為主控機，在大型過程控制中作為控制組件或智能變送器，耐用家電中的控制器，低端的電信產品（如門數較少的交換機）等。單片機由于處理速度低，存儲容量小，只能運行一些單任務操作系統，甚至無法支持任何操作系統，而只能由用戶為其量身定制集系統管理、數據采集處理、運算控制、結果顯示等于一身的監控程序，所以它們通常只能應用于一些簡單的應用場合，因此也決定了單片機內部集成的其他外設接口電路主要是一些控制類的對內存要求不高的功能電路，如定時/計數器、中斷控制器、同步/異步串行接口、A/D、D/A、I2C、PWM、WatchDog、DMA等。

單片機目前應用最廣泛的是8位的Intel MCS-51系列以及其他公司利用MCS-51核心開發出的其他衍生產品群，如飛利浦的80C51系列、Atmel的At89系列等。另外幾個應用較多的單片機系列是美國TI公司的MSP430系列、美國Atmel公司的AVR系列、飛思卡爾（Motorola）公司的MC68系列、美國Microchip公司的PIC系列、美國國家半導體公司的COP系列等。

3）數字信號處理器

數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）是一種專用于進行數字信號處理的處理器，這類處理器內部集成了專門針對數字濾波、FFT、譜分析等常用數字信號處理算法進行處理的硬件加速器，所以對這些應用場合會比常規微處理器效率高得多。國內市場常見的DSP處理器有美國得克薩斯儀器公司TI的TMS320C系列，美國ADI公司的SHARC、Blackfin系列，以及Motorola的 DSP56系列等。但需要說明的是，DSP在通用指令功能方面則不如常規嵌入式處理器，特別是對操作系統的支持方面，所以通常DSP需要與常規嵌入式處理器配合使用，盡管有些DSP也在不斷拓展自己的通用指令處理能力。例如ADI公司的Blackfin系列已經可以運行μCLinux操作系統，而且更有將常規嵌入式處理器與DSP集成在一個芯片內的發展趨勢，例如TI的OMAP系列將ARM處理器與其DSP處理器集成為一體的雙核處理器。

4）可編程片上系統SOPC（System On Programmable Chip）

可編程片上系統（System On Programmable Chip，SOPC）是嵌入式系統硬件設計的最高應用形式。這種方式是將處理器以及其他有關電路利用專門的開發工具定制在一個大規模集成電路中。實現了用戶通過自己的編程來構建一個專用的片上系統。目前的主要應用形式是含CPU軟核的FPGA，如美國Altera公司的Cyclone、Stratix系列以及美國Xilinx公司的Spartan、Virtex系列等。

1.2.2 嵌入式處理器的應用發展趨勢

隨著集成電路制造技術和工藝的快速發展，原本僅用于工業控制領域的MCU開始大量應用于人們的日常生活中，因此促使嵌入式處理器呈現以下發展趨勢：

• 全面由8/16位向32位遷移；
• 速度性能不斷提高；
• 多處理器核結構（多個MCU協同工作，或MCU與DSP的協同工作）；
• 更低功耗（S3C2410的最大功耗約300mW）；
• 更寬的工作電壓適應范圍（1.8～6V）；
• 更先進的工藝和更小的封裝；
• 更低廉的價格。