嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建

嵌入式系統(tǒng)的構(gòu)建

嵌入式系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
1.1. 嵌入式系統(tǒng)硬件
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)，軟硬件可裁剪，適用于應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功
能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)硬件一般包括處
理器、存儲(chǔ)器、外設(shè)器件和電源等。
1.1.1. 嵌入式處理器
嵌入式系統(tǒng)的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到2000 年全世界
嵌入式處理器的品種總量已經(jīng)超過1000 多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30 幾個(gè)系列，其中8051 體
系的占有多半。生產(chǎn)8051 單片機(jī)的半導(dǎo)體廠家有20 多個(gè)，共350 多種衍生產(chǎn)品，僅Philips
就有近100 種?，F(xiàn)在幾乎每個(gè)半導(dǎo)體制造商都生產(chǎn)嵌入式處理器，越來越多的公司有自己的
處理器設(shè)計(jì)部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從64kB 到16MB，處理速度從0.1 MIPS 到
2000 MIPS，常用封裝從8 個(gè)引腳到144 個(gè)引腳。根據(jù)其現(xiàn)狀，嵌入式計(jì)算機(jī)可以分成下面
幾類。
1.1.1.1. 嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)
嵌入式微處理器的基礎(chǔ)是通用計(jì)算機(jī)中的CPU。在應(yīng)用中，將微處理器裝配在專門設(shè)
計(jì)的電路板上，只保留和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。
為了滿足嵌入式應(yīng)用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)。
和工業(yè)控制計(jì)算機(jī)相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的
優(yōu)點(diǎn)，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設(shè)等器件。嵌入式微處
理器及其存儲(chǔ)器、總線、外設(shè)等安裝在一塊電路板上，稱為單板計(jì)算機(jī)。如STD-BUS、PC104
等。近年來，德國(guó)、日本的一些公司又開發(fā)出了類似“火柴盒”式名片大小的嵌入式計(jì)算機(jī)
系列OEM 產(chǎn)品，臺(tái)灣研華公司也推出了類似的模組化系統(tǒng)SOM（System On Module）。
嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM
系列等。
嵌入式微處理器又可分為CISC 和RISC 兩類。大家熟悉的大多數(shù)臺(tái)式PC 都是使用CISC
微處理器，如Intel 的x86。 RISC 結(jié)構(gòu)體系有兩大主流：Silicon Graphics 公司（硅谷圖形公
司）的MIPS 技術(shù)，ARM 公司的Advanced RISC Machines 技術(shù)。此外Hitachi（日立公司）
也有自己的一套R(shí)ISC 技術(shù)SuperH。
RISC 和CISC 是目前設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然它們都是試圖在體系結(jié)
構(gòu)、操作運(yùn)行、軟件硬件、編譯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中做出某種平衡，以求達(dá)到高效
的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，它們主要有：
（1） 指令系統(tǒng)：RISC 設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有
簡(jiǎn)單高效的特色。對(duì)不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC 機(jī)器
上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)
和彌補(bǔ)。而CISC 計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因
此，處理特殊任務(wù)效率較高。