第1章 嵌入式軟件概述

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的地位和作用顯得越來越重要，嵌入式軟件也形成了一個比較完整的體系。本章討論嵌入式系統(tǒng)和嵌入式軟件的一些基本概念。主要內(nèi)容包括：什么是嵌入式系統(tǒng)、什么是嵌入式軟件、嵌入式系統(tǒng)和嵌入式軟件的特點、嵌入式軟件的組成、嵌入式軟件的發(fā)展過程、嵌入式軟件的應(yīng)用領(lǐng)域等。

1.1 嵌入式系統(tǒng)的概念與特點

在我們?nèi)粘５纳詈凸ぷ髦校紩佑|和使用到很多嵌入式系統(tǒng)。比如，我們所使用的手機(jī)中有一個嵌入式系統(tǒng)，用來聽音樂的MP3播放器中也有一個嵌入式系統(tǒng)。各種自動化程度較高的工業(yè)設(shè)備也都是由嵌入式系統(tǒng)控制的。那么究竟都有哪些東西屬于嵌入式系統(tǒng)的范疇呢？一個嵌入式系統(tǒng)又都有哪些特性呢？本節(jié)就來回答這些問題。

1.1.1 什么是嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)也叫嵌入式計算機(jī)，可對它做如下定義：嵌入式系統(tǒng)是指那些以應(yīng)用為中心，以計算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，為適應(yīng)應(yīng)用對功能、可靠性、成本、體積、功耗的嚴(yán)格要求，可對系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行配置的專用計算機(jī)系統(tǒng)。

嵌入式系統(tǒng)通常會帶有一些專用的外部設(shè)備，而不像通用計算機(jī)那樣一般只有顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)、打印機(jī)等一些外部設(shè)備。這些外部設(shè)備是為完成某種特定的功能而設(shè)計的，如一些專用的機(jī)械裝置。

嵌入式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)所控制的對象是兩個不同的概念。嵌入式系統(tǒng)只是一臺專用的計算機(jī)，而嵌入式系統(tǒng)所控制的對象則是一個有某種特定用途的設(shè)備或系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)所控制的對象規(guī)模很大時這兩個概念不會發(fā)生混淆。例如，我們只會把控制電梯的專用計算機(jī)稱為嵌入式系統(tǒng)，而不會把整部電梯稱為嵌入式系統(tǒng)。但當(dāng)嵌入式系統(tǒng)所控制的對象規(guī)模很小時，兩者間的界限常常會變得模糊不清。例如，在一部手機(jī)中我們很難說清楚哪些部分應(yīng)當(dāng)屬于控制手機(jī)的嵌入式系統(tǒng)的范圍，而哪些部分又不屬于其范圍。手機(jī)中的通信部件，可以認(rèn)為是嵌入式系統(tǒng)的外部設(shè)備，也可以認(rèn)為是另外一個獨立的通信系統(tǒng)的一部分。即使在某些情況下難以區(qū)分，我們也不能把嵌入式系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)所控制的對象這兩個概念混為一談。

嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用面非常之廣，在數(shù)量上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了通用計算機(jī)。例如，在一臺現(xiàn)代化程度較高的汽車上就包含有很多個嵌入式系統(tǒng)。汽車的發(fā)動機(jī)、ABS、安全氣囊、音響、導(dǎo)航器就都是由嵌入式系統(tǒng)控制的。通用計算機(jī)的外部設(shè)備中也離不開嵌入式系統(tǒng)，鍵盤、鼠標(biāo)、軟驅(qū)、光驅(qū)、硬盤、顯示卡、顯示器、網(wǎng)卡、調(diào)制解調(diào)器、聲卡、打印機(jī)、掃描儀、USB集線器等設(shè)備中都包含有嵌入式系統(tǒng)。

如圖1.1所示，嵌入式系統(tǒng)由中央處理器、存儲器、外部接口與設(shè)備、軟件4個部分所組成。

中央處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，與通用計算機(jī)不同，嵌入式系統(tǒng)的中央處理器必須解決提高集成度和降低功耗等一系列問題。在實際應(yīng)用中，嵌入式系統(tǒng)的處理器可以分成嵌入式微處理器、微控制器、嵌入式DSP處理器、片上系統(tǒng)等不同的類型。

外部接口與設(shè)備是嵌入式系統(tǒng)與外部相連接的通道。在嵌入式系統(tǒng)中，常見的外部接口有RS-232、RS-422、RS-485、USB、IrDA、I2C、以太網(wǎng)、IEEE1394等。常見的外部設(shè)備有閃存卡之類的外部存儲設(shè)備和單手鍵盤、輸入筆、LCD之類的輸入/輸出設(shè)備。在很多嵌入式系統(tǒng)中還帶有與系統(tǒng)用途緊密相關(guān)的專用外部接口與設(shè)備。

存儲器用于存儲系統(tǒng)中的程序代碼和數(shù)據(jù)。在嵌入式系統(tǒng)中，存儲器有3種類型：RAM、ROM及可在線寫入非易失存儲器。RAM家族中有兩個成員：靜態(tài)RAM（SRAM）和動態(tài)RAM（DRAM）。ROM家族中有3個成員：掩膜ROM、可編程ROM（PROM）、擦寫可編程ROM（EPROM）。可在線寫入非易失存儲器的主要成員有：EEPROM、NVRAM（Non Volatile RAM）和閃存。可在線寫入非易失存儲器的特點是既能隨意寫入、擦除，又能在斷電后保持?jǐn)?shù)據(jù)不丟失。

嵌入式系統(tǒng)中的軟件分為3個層次：操作系統(tǒng)、支撐軟件和應(yīng)用軟件。其中操作系統(tǒng)和支撐軟件是基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件則是最能體現(xiàn)整個嵌入式系統(tǒng)的特點和功能的部分。

1.1.2 嵌入式系統(tǒng)的特點

從嵌入式系統(tǒng)定義可以看到，嵌入式系統(tǒng)實際上是一種專用的計算機(jī)系統(tǒng)。與通用計算機(jī)系統(tǒng)相比，它主要有系統(tǒng)專用性強(qiáng)、系統(tǒng)實時性高、硬件與軟件的互相依賴性強(qiáng)、采用專用的嵌入式CPU、多種技術(shù)間結(jié)合更加緊密、系統(tǒng)對用戶透明、系統(tǒng)資源有限等一系列特點。

1. 系統(tǒng)專用性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)是針對具體應(yīng)用專門設(shè)計的計算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)中的硬件和軟件與具體應(yīng)用密切相關(guān)。應(yīng)用需求略有變化，往往就需要對系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行較大更改。解決不同應(yīng)用問題的嵌入式系統(tǒng)更是有很大的差別。

2. 系統(tǒng)實時性高

實時系統(tǒng)指對外部事件能在限定的時間內(nèi)進(jìn)行處理的系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)中的相當(dāng)一部分是實時系統(tǒng)，高實時性是這些系統(tǒng)的基本要求。

3. 硬件與軟件的互相依賴性強(qiáng)

嵌入式系統(tǒng)的專用性決定了它的硬件與軟件的相互依賴性很強(qiáng)。兩者應(yīng)共同進(jìn)行設(shè)計，以求達(dá)到共同完成預(yù)定功能的目的，并滿足性能、成本和可靠性方面的要求。

4. 采用專用的嵌入式CPU

嵌入式系統(tǒng)的CPU與通用計算機(jī)的CPU的最大不同之處是嵌入式系統(tǒng)的CPU一般是為某一特定用戶集合專門設(shè)計的。它通常都具有功耗低、體積小、集成度高等特點，能夠把許多在通用計算機(jī)上由板卡完成的功能集成在芯片內(nèi)部，從而有利于嵌入式系統(tǒng)的小型化和增強(qiáng)系統(tǒng)的可移植能力。

5. 多種技術(shù)結(jié)合更加緊密

嵌入式系統(tǒng)是計算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體技術(shù)、電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)與各個行業(yè)的具體應(yīng)用相結(jié)合的產(chǎn)物。通用計算機(jī)系統(tǒng)雖然也離不開上述這些技術(shù)，但它們相互結(jié)合的緊密程度不如嵌入式系統(tǒng)。

6. 系統(tǒng)對用戶透明

嵌入式系統(tǒng)的外形與通用計算機(jī)系統(tǒng)有很大的不同。它的輸入裝置可能不是鍵盤、鼠標(biāo)之類的設(shè)備。有的嵌入式系統(tǒng)可能就沒有用來輸出的顯示裝置。用戶可能根本不知道他所使用的設(shè)備中有一個嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)存在。即使知道用戶也不會去關(guān)心這個計算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計細(xì)節(jié)，更不會、也不能去改變它。

7. 系統(tǒng)資源有限

嵌入式系統(tǒng)為了達(dá)到結(jié)構(gòu)緊湊、堅固可靠和盡可能降低系統(tǒng)成本的目的，導(dǎo)致其存儲容量和CPU的處理速度都比較有限。

1.1.3 計算機(jī)技術(shù)的兩大分支

計算機(jī)系統(tǒng)可分為通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)兩類，與此相對應(yīng)計算機(jī)軟件也分成了通用軟件和嵌入式軟件兩類。通用軟件指運行于通用計算機(jī)系統(tǒng)之上的軟件。嵌入式軟件指運行于嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)之上的軟件。

通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)是現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的兩個分支。這兩個分支有著不同的技術(shù)要求與技術(shù)發(fā)展方向。通用計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求是高速的數(shù)值計算能力、海量的存儲能力；技術(shù)發(fā)展方向是速度的無限提升，存儲容量的無限擴(kuò)大。而嵌入式計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)要求則是對嵌入對象進(jìn)行智能控制的能力；技術(shù)發(fā)展方向是提升滿足與嵌入對象密切相關(guān)的性能要求與可靠性要求能力。

通用計算機(jī)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)兩個技術(shù)分支的形成經(jīng)歷了一個逐漸演變的過程。在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展的初期，這種態(tài)勢并不明顯。那時專門用于研發(fā)嵌入式系統(tǒng)及其技術(shù)的費用比較有限。嵌入式系統(tǒng)主要是應(yīng)用在工業(yè)控制、軍事等少數(shù)領(lǐng)域，使用量不多，創(chuàng)造的產(chǎn)值相對于通用計算機(jī)系統(tǒng)來說很少，離普通人的日常生活很遠(yuǎn)，對社會生產(chǎn)和生活產(chǎn)生的影響比較有限。因此在整體上難以與通用計算機(jī)系統(tǒng)相匹敵。

自從20世紀(jì)90年代中期以來，對嵌入式系統(tǒng)的研究與應(yīng)用得到了長足的發(fā)展。專門用于研發(fā)嵌入式系統(tǒng)及其技術(shù)的費用已經(jīng)相當(dāng)可觀。嵌入式系統(tǒng)在廣泛的領(lǐng)域中得到了應(yīng)用，使用數(shù)量已經(jīng)遠(yuǎn)超過通用計算機(jī)系統(tǒng)，創(chuàng)造的產(chǎn)值也與通用計算機(jī)系統(tǒng)不相上下。這時它已不再僅僅與少數(shù)專業(yè)人員有聯(lián)系，而是與普通人的日常生活息息相關(guān)。我們每天使用的手機(jī)、MP3播放器都與嵌入式系統(tǒng)密不可分。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)對社會生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了巨大的影響，在整體上已經(jīng)完全可以與通用計算機(jī)系統(tǒng)相匹敵。

1.1.4 嵌入式系統(tǒng)的類型

與通用計算機(jī)系統(tǒng)相比，嵌入式系統(tǒng)的用途更加廣泛，系統(tǒng)的形態(tài)也更加多樣化。因此嵌入式系統(tǒng)的分類方法也是多樣的。可以按照嵌入方式、嵌入程度、實時性和系統(tǒng)復(fù)雜程度等多種不同的準(zhǔn)則進(jìn)行分類。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的嵌入方式，可以將嵌入式系統(tǒng)分為整機(jī)式嵌入的嵌入式系統(tǒng)、部件式嵌入的嵌入式系統(tǒng)、芯片式嵌入的嵌入式系統(tǒng)三類。

（1）整機(jī)式嵌入的嵌入式系統(tǒng)

整機(jī)式嵌入是將一個帶有專用接口的計算機(jī)嵌入到一個系統(tǒng)中，使其成為這個系統(tǒng)的核心部分。一般來說，這種計算機(jī)系統(tǒng)的功能完整且強(qiáng)大，有較完善的人機(jī)界面和外部設(shè)備，作用是完成系統(tǒng)中的關(guān)鍵工作。例如，一些大型設(shè)備的控制計算機(jī)就屬于這一類。

（2）部件式嵌入的嵌入式系統(tǒng)

部件式嵌入將計算機(jī)以部件（經(jīng)常是一塊板卡）的方式嵌入到一個系統(tǒng)中，用以完成某種處理功能。它使計算機(jī)部件與其他硬件耦合的更加緊密，功能更專一。例如，雷達(dá)的數(shù)字信號處理部件采用的就是這種嵌入方式。

（3）芯片式嵌入的嵌入式系統(tǒng)

芯片式嵌入是將一個具有完整計算機(jī)功能的芯片嵌入到一個設(shè)備中。這種芯片上具有存儲器和完整的輸入/輸出接口，能完成專門的功能。例如，顯示控制器、微波爐控制器等采用的就是這種嵌入方式。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的嵌入程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分為深度嵌入的嵌入式系統(tǒng)、中度嵌入的嵌入式系統(tǒng)、淺度嵌入的嵌入式系統(tǒng)三類。

（1）深度嵌入的嵌入式系統(tǒng)

深度嵌入的嵌入式系統(tǒng)在運行的過程中不與用戶進(jìn)行交互，用戶也不易察覺系統(tǒng)中有計算機(jī)存在。這種嵌入式系統(tǒng)對于資源和性能有嚴(yán)格的要求。例如，控制汽車發(fā)動機(jī)的嵌入式計算機(jī)就屬于深度嵌入的嵌入式系統(tǒng)。

（2）中度嵌入的嵌入式系統(tǒng)

中度嵌入的嵌入式系統(tǒng)在形態(tài)上與通用計算機(jī)已沒有共同之處。在這類系統(tǒng)上沒有鍵盤和鼠標(biāo)等輸入裝置，也沒有普通的顯示器，但嵌入式系統(tǒng)的使用者可以明顯地感覺到設(shè)備中有起控制作用的計算機(jī)部件。例如，數(shù)控機(jī)床中的嵌入式計算機(jī)就屬于中度嵌入的嵌入式系統(tǒng)。

（3）淺度嵌入的嵌入式系統(tǒng)

淺度嵌入的嵌入式系統(tǒng)與通用計算機(jī)有很多相似之處，具有一定的通用性。其外表也很像一臺通用計算機(jī)，在系統(tǒng)之中有類似于鍵盤或鼠標(biāo)的輸入裝置和類似于顯示屏幕的輸出裝置，具有人機(jī)交互能力。例如，PDA就是一種典型的淺度嵌入的嵌入式系統(tǒng)。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)是否為實時系統(tǒng)，可以將嵌入式系統(tǒng)分為實時嵌入式系統(tǒng)和非實時嵌入式系統(tǒng)兩類。

（1）實時嵌入式系統(tǒng)

實時嵌入式系統(tǒng)指那些產(chǎn)生系統(tǒng)輸出的時間對于系統(tǒng)來說至關(guān)重要的嵌入式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)必須能對輸入事件在限定的時間內(nèi)做出處理。對于實時嵌入式系統(tǒng)來說，如果在一定的時間之內(nèi)未能對某個輸入及時地予以處理，就會導(dǎo)致系統(tǒng)失效，甚至全面崩潰。例如，控制汽車上的ABS的嵌入式系統(tǒng)就必須是一個實時系統(tǒng)。當(dāng)汽車駕駛員剎車時，如果這個系統(tǒng)不能及時地響應(yīng)，必然出現(xiàn)嚴(yán)重的交通事故。

（2）非實時嵌入式系統(tǒng)

非實時的嵌入式系統(tǒng)對輸入事件是否能在限定的時間內(nèi)予以處理要求不嚴(yán)格，甚至根本沒有要求。

根據(jù)嵌入式系統(tǒng)的復(fù)雜程度，可以將嵌入式系統(tǒng)分為單微處理器嵌入式系統(tǒng)、組件式嵌入式系統(tǒng)、分布式嵌入式系統(tǒng)三類。

（1）單微處理器嵌入式系統(tǒng)

單微處理器嵌入式系統(tǒng)的規(guī)模一般很小，它所控制的對象比較簡單。控制這些對象既不需要很強(qiáng)的處理能力，也不需要復(fù)雜的算法，因此控制部件可以采用較低檔的處理器和存儲器，價格低廉。例如，MP3播放器和PDA中的嵌入式系統(tǒng)都屬于單微處理器嵌入式系統(tǒng)。

（2）組件式嵌入式系統(tǒng)

組件式嵌入式系統(tǒng)一般處于一個規(guī)模很大的系統(tǒng)之中。在這個系統(tǒng)中起控制作用的計算機(jī)是整個系統(tǒng)的一個局部組件。它輸入系統(tǒng)傳感器收集到的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行處理，然后輸出用于對系統(tǒng)進(jìn)行控制的信號，或?qū)⑤敵鰝鬟f給系統(tǒng)的操作人員。在組件式嵌入式系統(tǒng)中，計算機(jī)裝置處理能力一般比較強(qiáng)，而且還經(jīng)常用到一些比較復(fù)雜的控制算法和數(shù)據(jù)庫等一些功能很強(qiáng)的支撐軟件。例如，電話交換機(jī)、電梯、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、醫(yī)療監(jiān)視系統(tǒng)中的嵌入式計算機(jī)就都屬于組件式嵌入式系統(tǒng)。

（3）分布式嵌入式系統(tǒng)

分布式嵌入式系統(tǒng)由多個各自都具有處理能力的嵌入式計算機(jī)組成，每個嵌入式計算機(jī)控制一個獨立的子系統(tǒng)或設(shè)備。各個嵌入式計算機(jī)用通信線路連接起來，連接方式可以是通過高速線路所構(gòu)成的緊耦合型，或通過低速線路所構(gòu)成的松耦合型。例如，自動倉儲系統(tǒng)就需要由一個分布式嵌入式系統(tǒng)來控制。

1.1.5 嵌入式系統(tǒng)的處理器

嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的處理器。現(xiàn)在幾乎每個半導(dǎo)體制造商都在生產(chǎn)用于嵌入式系統(tǒng)的處理器。據(jù)不完全統(tǒng)計，用于嵌入式系統(tǒng)的處理器已經(jīng)超過了1000種。比較流行的也有30幾個系列。其中，8051系列的處理器使用最多，在數(shù)量上幾乎占到了一半。根據(jù)目前的現(xiàn)狀，可將使用在嵌入式系統(tǒng)上的處理器分成嵌入式微處理器、微控制器、嵌入式DSP處理器、片上系統(tǒng)4類。

1. 嵌入式微處理器

嵌入式微處理器（Embedded Micro Processor Unit，EMPU）由通用計算機(jī)的CPU演變而來，但與通用計算機(jī)的CPU所不同的是，它有體積小、功耗低、重量輕、成本低的特點。嵌入式微處理器和ROM、RAM、總線接口、外設(shè)接口等部件安裝在一塊電路板上。這種電路板只保留了和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，而去掉了那些不必要的部分，這樣可以大幅度縮小系統(tǒng)的體積和功耗。

目前，嵌入式微處理器主要有ARM系列、MIPS系列、XScale系列和PowerPC系列等。

ARM的意思是Advanced RISC Machine。可以看出ARM系列是一種RISC結(jié)構(gòu)的微處理器。不過從嚴(yán)格意義上講，ARM并不是一種微處理器芯片，而是一種微處理器體系架構(gòu)技術(shù)。這種技術(shù)不涉及芯片的生產(chǎn)工藝。ARM的技術(shù)擁有權(quán)屬于ARM公司，但ARM公司本身并不生產(chǎn)芯片，而是將技術(shù)授權(quán)給其他公司進(jìn)行生產(chǎn)。在ARM的內(nèi)核中有多個可供選擇的功能模塊。被授權(quán)的公司在生產(chǎn)ARM系列微處理器芯片時，可以采用不同的半導(dǎo)體技術(shù)，并針對不同的應(yīng)用需求配置和選擇芯片中所包含的功能模塊。目前全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都在使用ARM公司的技術(shù)授權(quán)，生產(chǎn)基于ARM架構(gòu)的微處理器芯片。

早期的ARM系列芯片（包括ARM1、ARM2、RAM3等）都是準(zhǔn)32位的微處理器，其數(shù)據(jù)總線是32位的，但地址總線卻是26位的。到ARM6，才成為了完全的32位微處理器。從ARM7開始，ARM系列的芯片開始支持DPS模塊，所以可以認(rèn)為ARM是一種嵌入式DSP處理器。目前經(jīng)常使用的ARM系列芯片有ARM7、ARM9和ARM10。

MIPS系列芯片也是一種RISC結(jié)構(gòu)的微處理器。MIPS（Microprocessor without Interlocked Piped Stages）的意思是“無內(nèi)部互鎖流水級的微處理器”，它的研發(fā)者是MIPS公司。該公司成立于1984年，早期主要的方向是研發(fā)用于圖形工作站的處理器芯片，后來逐步轉(zhuǎn)向了研發(fā)嵌入式系統(tǒng)處理器芯片。MIPS公司的芯片主要有兩個架構(gòu)體系：一個是適用于通用計算機(jī)的架構(gòu)體系，如MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV、MIPS V等；另一個是適用于嵌入式計算機(jī)的架構(gòu)體系，如MIPS16、MIPS32到MIPS64等。除了MIPS公司之外，其他一些公司也在研發(fā)和生產(chǎn)基于MIPS架構(gòu)的處理器芯片。

XScale是英特爾公司推出的一個用于嵌入式系統(tǒng)的處理器系列。XScale系列處理器采用ARM體系架構(gòu)，相當(dāng)于ARM體系結(jié)構(gòu)處理器芯片的一套實際解決方案。到目前為止，英特爾公司已經(jīng)推出了PXA25x、PXA26x和PXA27x三代XScale系列嵌入式處理器。

PowerPC（Performance Optimized With Enhanced RISC）是IBM公司、Apple公司和摩托羅拉公司聯(lián)合研發(fā)的一個處理器系列。按照PowerPC的體系架構(gòu)規(guī)范，PowerPC系列是一種64位的處理器。其體系架構(gòu)規(guī)范還定義了一個32位的子集，而且目前常用的PowerPC處理器也都是32位的（只有少數(shù)PowerPC處理器是64位的，如IBM RS/6000小型機(jī)和IBM P系列服務(wù)器上使用的處理器）。PowerPC系列處理器有PowerPC 400、PowerPC 600、PowerPC 700、PowerPC 900等一些子系列。它有非常廣的使用范圍，從小型機(jī)、高端服務(wù)器到嵌入式系統(tǒng)都在使用PowerPC系列的處理器做CPU。其中PowerPC 400系列適用于嵌入式系統(tǒng)。

2. 微控制器

微控制器（Micro Controller Unit，MCU）又稱單片機(jī)，顧名思義，就是將整個計算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。微控制器一般以處理器為核心，芯片內(nèi)部集成有ROM/EPROM、RAM、總線邏輯、定時/計數(shù)器、看門狗計數(shù)器、串行口、A/D、D/A、閃存、EEPROM等各種必要功能邏輯、存儲器和外設(shè)接口。

與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，從而使體積減小，功耗和成本下降，可靠性提高。它上面外設(shè)接口資源一般比較豐富，適合用于控制方面，因此稱為微控制器。微控制器是目前在嵌入式系統(tǒng)中使用最多的處理器，有很多個系列，生產(chǎn)微控制器的廠商也很多。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一個系列的微控制器一般都有多個衍生產(chǎn)品。每個衍生產(chǎn)品的內(nèi)核都是一樣的，不同的是存儲器和外設(shè)接口的配置及封裝。這樣可以使微控制器的功能最大限度地和應(yīng)用需求相匹配，從而減少功耗和降低成本。

典型的微控制器產(chǎn)品有以下一些：

● 摩托羅拉公司：8位機(jī)M6805、M68HC05，16位機(jī)M68HC16，32位機(jī)M68300系列。

● 愛普生公司：4位機(jī)SMC62系列、SMC63系列、SMC60系列，8位機(jī)SMC88系列，32位機(jī)S1C33系列。

● Toshiba公司：4位機(jī)TMP47C系列，8位機(jī)870系列、90系列。

● 英特爾公司：8位機(jī)MCS-51系列，16位機(jī)MCS-96系列。

● 美國國家半導(dǎo)體公司：8位機(jī)COP8。

3. 嵌入式DSP處理器

DSP（Digital Signal Processor）是一種專門用于信號處理的處理器。這種處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計，使它更適合于執(zhí)行DSP算法，編譯的效率和指令執(zhí)行的速度也較高。

DSP算法的理論在20世紀(jì)70年代就已基本成熟，但由于那時專門的DSP處理器還未出現(xiàn)，所以只能在通用的微處理器上實現(xiàn)DSP算法，因而效率很低。1982年世界上誕生了第一枚DSP處理器。在信號處理方面，它的運算速度比一般的處理器高出幾十倍。目前DSP處理器在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用已很廣泛。例如，進(jìn)行數(shù)字濾波和快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）等。

用于嵌入式系統(tǒng)的DSP處理器有兩個發(fā)展來源：一是對DSP處理器進(jìn)行單片化，增加片上外設(shè)接口，使之成為嵌入式DSP處理器。二是在通用單片機(jī)或SOC上增加DSP協(xié)處理器，使之成為嵌入式DSP處理器。

嵌入式DSP處理器的代表性產(chǎn)品是德州儀器公司的TMS320系列和摩托羅拉公司的DSP56000系列。TMS320系列又分為若干子系列，包括C2000系列，經(jīng)常用于移動通信設(shè)備的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000系列則分為DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等幾個不同的子系列。

4. 片上系統(tǒng)

片上系統(tǒng)（System On Chip，SOC）是一種在一塊硅片上實現(xiàn)一個復(fù)雜系統(tǒng)的芯片。在一個片上系統(tǒng)中可以集成許多功能單元，比如集成微處理器核心、USB、TCP/IP、GPRS、GSM、IEEE 1394、藍(lán)牙接口等單元。以往這些單元都是做成一個個獨立的芯片，比如，一個帶藍(lán)牙接口的系統(tǒng)，就是將藍(lán)牙接口芯片和嵌入式微處理芯片器做在一個電路板上。這種方法會耗費許多的電路空間，而且經(jīng)濟(jì)成本也比較高。若是將嵌入式微處理器與藍(lán)牙接口單元做在同一個芯片之中，構(gòu)成一個片上系統(tǒng)，就會大幅度地縮小整個系統(tǒng)所占的體積和降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。在大量生產(chǎn)的情況之下，生產(chǎn)成本也會遠(yuǎn)低于原本需要使用幾個芯片組成的電路系統(tǒng)。

片上系統(tǒng)可以分為通用和專用兩類。通用類產(chǎn)品有摩托羅拉公司的M-Core，以及基于ARM7、ARM9微處理器核心開發(fā)的某些芯片。專用類片上系統(tǒng)一般是針對于某種特定需求而設(shè)計的，一般的用戶對它們了解較少。