第一章嵌入式系统的硬件构成 1.1.嵌入式系统硬件 嵌入式系统是以应用为中心,计算机技术为基础,软硬件可裁剪,适用于应用系统对功 能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统硬件一般包括处 理器、存储器、外设器件和电源等 1.1.1.嵌入式处理器 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器,据不完全统计,到2000年全世界 嵌入式处理器的品种总量已经超过1000多种,流行体系结构有30几个系列,其中8051体 系的占有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个,共350多种衍生产品,仅 Philips 就有近100种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器,越来越多的公司有自己的 处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64kB到16MB,处理速度从0. 1 MIPS到 2000MPS,常用封装从8个引脚到144个引脚。根据其现状,嵌入式计算机可以分成下面 几类 1.1.1.1.嵌入式微处理器( Embedded microprocessor Unit,EMPU 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中,将微处理器装配在专门设 计的电路板上,只保留和嵌入式应用有关的功能,这样可以大幅度减小系统体积和功耗 为了满足嵌入式应用的特殊要求,嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是 样的,但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强 和工业控制计算机相比,嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的 优点,但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。嵌入式微处 理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机。如 STD-BUS、PC104 等。近年来,德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机 系列OEM产品,台湾研华公司也推出了类似的模组化系统SOM( System On Module)。 嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、 Power pc、68000、MPS、ARM 系列等。 嵌入式微处理器又可分为CISC和RSC两类。大家熟悉的大多数台式PC都是使用CISC 微处理器,如 Intel的x86。RISC结构体系有两大主流: Silicon Graphics公司(硅谷图形公 司)的MPS技术,ARM公司的 Advanced Risc machines技术。此外 Hitachi(日立公司) 也有自己的一套RISC技术 SuperH。 RISC和CISC是目前设计制造微处理器的两种典型技术,虽然它们都是试图在体系结 构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡,以求达到高效 的目的,但采用的方法不同,因此,在很多方面差异很大,它们主要有: (1)指令系统:RISC设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上,尽量使它们具有 简单高效的特色。对不常用的功能,常通过组合指令来完成。因此,在RISC机器 上实现特殊功能时,效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进 和弥补。而CISC计算机的指令系统比较丰富,有专用指令来完成特定的功能。因 此,处理特殊任务效率较高- 3 - 第一章 嵌入式系统的硬件构成 1.1. 嵌入式系统硬件 嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功 能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统硬件一般包括处 理器、存储器、外设器件和电源等。 1.1.1. 嵌入式处理器 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，到 2000 年全世界 嵌入式处理器的品种总量已经超过 1000 多种，流行体系结构有 30 几个系列，其中 8051 体 系的占有多半。生产 8051 单片机的半导体厂家有 20 多个，共 350 多种衍生产品，仅 Philips 就有近 100 种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的 处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从 64kB 到 16MB，处理速度从 0.1 MIPS 到 2000 MIPS，常用封装从 8 个引脚到 144 个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下面 几类。 1.1.1.1. 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU) 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的 CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设 计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。 为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一 样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。 和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的 优点，但是在电路板上必须包括 ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。嵌入式微处 理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如 STD-BUS、PC104 等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机 系列 OEM 产品，台湾研华公司也推出了类似的模组化系统 SOM（System On Module）。 嵌入式处理器目前主要有 Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM 系列等。 嵌入式微处理器又可分为CISC 和RISC 两类。大家熟悉的大多数台式PC 都是使用 CISC 微处理器，如 Intel 的 x86。 RISC 结构体系有两大主流：Silicon Graphics 公司（硅谷图形公 司）的 MIPS 技术，ARM 公司的 Advanced RISC Machines 技术。此外 Hitachi（日立公司） 也有自己的一套 RISC 技术 SuperH。 RISC 和 CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结 构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效 的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有： （1） 指令系统：RISC 设计者把主要精力放在那些经常使用的指令上，尽量使它们具有 简单高效的特色。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在 RISC 机器 上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进 和弥补。而 CISC 计算机的指令系统比较丰富，有专用指令来完成特定的功能。因 此，处理特殊任务效率较高