如何选择嵌入式微处理器

文章描述:-2022年4月14日发(作者:寿松涛)每个人都知道什么是PC,但很多人不明白什么是嵌入式系统和嵌入式微处理器。与PC制造者不一样,嵌入式系统的工程师不得不自己设计自己的系统。与全球PC市场不同,没有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统,仅以32位的CPU而言,就有100种以上嵌入式微处理器。那么,在设计手持电话、传真机、机器人、打印机和网络路由器等应用产品时,应如何选择嵌入式微处理器呢?

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如何选择嵌入式微处理器
2022年4月14日发
(作者:寿松涛)

每个人都知道什么是PC,但很多人不明白什么是嵌入式系统和嵌入式微处理器。与

PC制造者不一样,嵌入式系统的工程师不得不自己设计自己的系统。与全球PC市场不同,没

有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统,仅以32位的CPU而言,就有100种以

上嵌入式微处理器。那么,在设计手持电话、传真机、机器人、打印机和网络路由器等应

用产品时,应如何选择嵌入式微处理器呢?仅有一种答案,那就是选择是多样化的。因为嵌入式系统设计的差异性极大,这就是

有100种微处理器存在的原因。在某种情况下,性能极为重要,而在另一种情况下,低功耗又成为最关键的因素。另外

,一些设计者会考虑支持软件、代码的大小以及多种渠道的资源和过去的经验。那么,哪

些因素是设计者最为关心的?调查上市的CPU供应商某些公司如Motorola、Intel很有名气,而有一些小的公司如QED(SantaClara.

CA)虽然名气很小,但也生产很优秀的微处理器。另外,有一些公司,如ARM、MIPS等,只设

计而并不生产CPU,他们把生产权授予世界各地的半导体制造商。一些半导体厂商生产的CPU不单纯以传统的封装形式出售,而是以一种软件模型库方

式向用户供应ASIC设计。截至1997年底,所有各种形式的32位嵌入式微处理器的销售额超过1.8亿美元,如果加

上PC、苹果机和工作站,那么,几乎每一位生活在美国的人都拥有一颗32位微处理器。

Motorola传统的68K结构仍是32位CPU的主流,虽然它起源于80年代初,但在1997年依

然销售了8000万个,并基本上是传统680xx芯片(00、20、40K),另外就是683xx(60、02、

32、28K)以及Coldfire。

68K嵌入式微处理器最大的挑战者是MIPS的授权制造商。众所周知,MIPS属于SGI公司

,而MIPS主要做嵌入式系统,SGI工作站只是MIPS芯片销售额的1;紧跟在MIPS后的另一个

RISC芯片制造商是Hitachi的SH,SH主要在远东销售(日本最多),北美则很少有人使用。

ARM是另外一种近年来在嵌入式系统有影响力的微处理器制造商,ARM的设计非常适合

于小的电源供电系统。Apple在ewton手持计算机中使用ARM,另外有几款数字无线电话也

在使用ARM。除MIPS、SH和ARM之外,就数PowerPC和X86了。这两款微处理器在桌面系统用量极大

,但在嵌入式系统中的影响却不够大。1997年,Intel、AMD及其他X86兼容厂商共生产了9

00万个X86嵌入式CPU。实际上,在嵌入式X86CPU方面,AMD的工作远比Intel多,如AMD186

/188系统和AMD基于386、486Elan系统(把整个PC基成在单个芯片上)。选择高性能的处理器如果你的设计是面向高性能的应用,那么建议你考虑某些新的处理器,其价格极为低

廉,如IBM和Motorola的PowerPC。以前Intel的i960是销售极好的RISC高性能芯片,但

是最近几年却遇到强劲的对手,让位于MIPS、SH以及后起之星ARM。另一种趋势就是越来越多的人在磁盘控制器、数码相机、手持电话、调制解调器等

方面使用DSP。采用DSP的好处是可以大大减少系统内CPU的数目,提高效率,并使编程简单

,但是毕竟DSP不能完全替代CPU的功能。目前已经有公司宣布推出复合型的微处理器,如

Motorola的(一种新一代的16/32位微处理器),它将跨越CPU与DSP。据悉,TI、

Siemens也在开发相似的产品。

IntelPentium无疑是一种高性能处理器,但由于其体积大、散热差等原因,除客户使

用OEM板外,在用户自己设计的系统中则较少使用。选择低功耗的处理器嵌入式微处理器最大并且增长最快的市场是手持设备、电子记事本、PDA、手机、

GPS导航器等消费类电子产品,这些产品中选购的微处理器除了要有很高的性能外,还要有

极低的功率消耗。许多CPU生产厂家已经进入了这个领域。今天,用户可以买到一颗嵌入式的微处理器

,其速度像笔记本中的Pentium一样快,而它仅使用普通电池供电,并且价格不足50美元。

典型的例子有EC、日立为HPC、PalmPC而设计的VR4111和SH7707。Digital的Strong

ARM1100,在一个极小的200MHz主频封装中集成了彩LCD控制器、PCMCIA接口、触屏接

口等6个接口(含USB、IRDA),而批量的价格也在40美元以内。选择专用的集成化的处理器嵌入式微处理器与通用的微处理器最大的不同就是嵌入式微处理器多数工作在用户

自己设计的系统中。为了满足日益高速增长的各类嵌入式系统设计的需求,CPU厂商设计

了许多兼有16/32位微处理器并集成了许多外围功能的CPU。根据笔者的经验,这里列举几

种在国内外被广为采用的通信用集成化微处理器范例。

Motorola68360是一个32位内核(CPU32+)的集成通信用CPU,除了内建的常规的DMA、

DRAM控制、时钟、片选、异步串口、中断等常规微处理器功能外,它最大的特点是集成了

一个通信系统,内含4路同步协议的协议通道,可以支持HDLC、T1/E1、ISD等通信协议。

68360还可编程,提供一个10M以太网接口,方便嵌入式系统与网络管理计算机系统的连接

。围绕着这类应用,Motorola还有68302——一个16位的通信用协议处理器和高档的860系

列——PowerPCRISC内置的通信处理器。值得注意的是,AMD公司最近宣布了一种186CC的

通信用处理器,内置采用国人熟悉的X86内核和四路HDLC,适合于ISD路由、通信接入等

系统。结论对于嵌入式系统的设计者,更多更好的嵌入式微处理器将不断出现。综合考虑系统的

性能、功耗、价格、供货保证、开发工具的配备以及工程师过去对这种处理器的经验和

软件的支持等因素,决定用户使用哪一种处理器。嵌入式处理器的选择不是一成不变的,

伴随着技术的发展,速度快、价格低、功能强的嵌入式处理器一定是你下一个项目的选择

※作者:白云黄鹤00-6-1916:19:42※

Re:专题之一:如何选择嵌入式微处理器<---〖回复该帖子〗

数码电视,机顶盒(卫星广播接收器),数码复印机…。目前各种数码设备已经开始普及,正值此时,有一

个美国半导体风险企业正受到多家日本电器制造商的关注。该企业就是EquatorTechnology(加利福尼亚

州)。5月中旬,Equator在东京举行的晚会上,有多家代表日本的大型电器制造商的AV(视听设备)部门

干部参加。他们对Equator于3月份开始供应工业样品的新型半导体表示了浓厚的兴趣。日立制作所的半

导体研究部门从开发阶段就提供了合作,而该产品的生产也将由日立负责。为什么有那么多有实力的制造商对该半导体如此强烈关注呢。这是因为,该半导体有可能成为所有数

码设备的事实上的业界标准。最近,关于图像处理以及声音数据处理的新规格接连不断地出现,诚可谓是日新月异。然而,这些动

画等大容量数据目前都使用面向特定用途的IC(ASIC)进行处理。举个例子,将动画压缩后进行解码数据

处理的规格MPEG2以及将其改进的规格MPEG4就需要分别使用专用半导体芯片。而且无论是MPEG2还

是MPEG4,都需要1个压缩数据芯片和1个解码芯片。也就是说,从消费者立场来看,当购买产品后,如果有新的功能出现,有可能需要另外买配备新的半

导体硬件。但是,如果将图像处理等功能软件化并安装到一个高性能半导体之中,那么当出现新的功能时

只要从因特网下载安装就可以使用。Equator开发出的正是具有这一性能的廉价半导体芯片。

处理速度相当于PentiumIII的6.4倍该半导体1秒钟可以计算300亿次,据美国华盛顿大学比较的结果,该半导体具有相当于美国Intel制

造的超小型运算处理器(MPU)PentiumIII(500MHz)的约6.4倍的信号处理速度。而其价格也极为便宜,

当购买20万个时1个只售40美元。与Intel的PentiumIII系列的售价1个250~700美元相比确实便宜许

多。据说将来还会降到25美元左右。该产品的基础部分为数字信号处理处理器(DSP)。普通的DSP可以进行如的声音处理等单

个用途的高速运算。另一方面,Equator的半导体的特点是可以同时处理多项任务。DSP方面最大制造商美

国德州仪器(TI)公司的半导体在编写程序时需要使用该公司独自开发的软件,而Equator的半导体则可以

使用C语言这一最基本的语言编写程序。“目前美国施乐等已决定将该产品用到数码复印机上,日立也希望将其配备到该公司的产品之中。我们

认为AV设备方面有较强实力的日本制造商,将会成为我们最大的顾客”,Equator公司的最高经营责任人

(CEO)阿卫·卡茨(音译)表现出强烈期望。最具特点的是,目前Equator正在考虑的商务模式,不单单是销售半导体。当顾客希望给数码设备增

加新功能时,可以通过因特网下载软件。软件是由电器制造商开发并销售的,该公司正在考虑当每次下载

软件时Equator可以从中得到手续费的商务模式。该半导体的销售将由Equator和日立制作所两家公司负责。计划在2001年之内销售400万个以上。该

产品能否取代个人电脑而成为因特网时代主角的数码家电中的半导体芯片的事实标准呢。Equator今后的战

略正令人拭目以待。(ikkeiBusiness)

1.1ARM芯核如果希望使用WinCE或Linux等操作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有

MMU(memory

managementunit)功能的ARM芯片,ARM720T、StrongARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都带有

MMU功能。而

ARM7TDMI没有MMU,不支持WindowsCE和大部分的Linux,但目前有uCLinux等少数几种Linux不需

要MMU的支持。

1.2系统时钟控制器系统时钟决定了ARM芯片的处理速度。ARM7的处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时

钟为20MHz-

133MHz,ARM9的处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟为100MHz-233MHz,ARM10最高

可以达到700MHz。

不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只有一个主时钟频率,这样的芯片可能不能同时顾及UART和音频

时钟的准确

性,如CirrusLogic的EP7312等;有的芯片内部时钟控制器可以分别为CPU核和USB、UART、DSP、音

频等功能部件

提供不同频率的时钟,如PHILIPS公司的SAA7550等芯片。

1.3内部存储器容量在不需要大容量存储器时,可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。

1.4USB接口许多ARM芯片内置有USB控制器,有些芯片甚至同时有USBHost和USBSlave控制器。

1.5GPIO数量在某些芯片供应商提供的说明书中,往往申明的是最大可能的GPIO数量,但是有许多引脚是和地

址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要计算实际可以使用的GPIO数量。

1.6中断控制器

ARM内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体厂家在设计芯片时加入了

自己不同的

中断控制器,以便支持诸如串行口、外部中断、时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考虑

的重要因

素,合理的外部中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750,所有

GPIO都可以设

置成FIQ或IRQ,并且可以选择上升沿、下降沿、高电平、低电平四种中断方式。这使得红外线遥控接收、

指和

键盘等任务都可以作为背景程序运行。而CirrusLogic公司的EP7312芯片,只有4个外部中断源,并且每

个中断源

都只能是低电平或者高电平中断,这样在用于接收红外线信号的场合时,就必须用查询方式,会浪费大量

的CPU时

间。

1.7IIS(IntegrateInterfaceofSound)接口

即集成音频接口。如果设计音频应用产品,IIS总线接口是必需的。

1.8nWAIT信号

外部总线速度控制信号。不是每个ARM芯片都提供这个信号引脚,利用这个信号与廉价的GAL芯片就可

以实现与符合

PCMCIA标准的WLA卡和Bluetooth卡的接口,而不需要外加高成本的PCMCIA专用控制芯片。另外,

当需要扩展外部

DSP协处理器时,此信号也是必需的。

1.9RTC(RealTimeClock)

很多ARM芯片都提供实时时钟功能,但方式不同。如CirrusLogic公司的EP7312的RTC只是一个32位

计数器,需要通

过软件计算出年月日时分秒;而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日时分秒格式。

1.10LCD控制器

有些ARM芯片内置LCD控制器,有的甚至内置64K彩TFTLCD控制器。在设计PDA和手持式显示记

录设备时,选用内

置LCD控制器的ARM芯片如S1C2410较为适宜。

1.11PWM输出

有些ARM芯片有2~8路PWM输出,可以用于电机控制或语音输出等场合。

1.12ADC和DAC

有些ARM芯片内置2~8通道8~12位通用ADC,可以用于电池检测、触摸屏和温度监测等。PHILIPS的

SAA7750更是内置

了一个16位立体声音频ADC和DAC,并且带耳机驱动。

1.13扩展总线

大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM扩展接口,不同的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线

数量不同,外部数据

总线有8位、16位或32位。某些特殊应用的ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展功能。

1.14UART和IrDA

几乎所有的ARM芯片都具有1~2个UART接口,可以用于和PC机通讯或用Angel进行调试。一般的ARM

芯片通讯波特率

为115,200bps,少数专为蓝牙技术应用设计的ARM芯片的UART通讯波特率可以达到920Kbps,如

Linkup公司的

L7205。

1.15DSP协处理器

ARM+DSP结构的ARM芯片

1.16内置FPGA

有些ARM芯片内置有FPGA,适合于通讯等领域。

1.17时钟计数器和看门狗

一般ARM芯片都具有2~4个16位或32位时钟计数器和一个看门狗计数器。

1.18电源管理功能

ARM芯片的耗电量与工作频率成正比,一般ARM芯片都有低功耗模式、睡眠模式和关闭模式。

1.19DMA控制器

有些ARM芯片内部集成有DMA(DirectMemoryAccess)可以和硬盘等外部设备高速交换数据,同时减少

数据交换时

对CPU资源的占用。

另外,还可以选择的内部功能部件有:HDLC,SDLC,CD-ROMDecoder,EthernetMAC,VGA

controller,DC-DC。可以选择的内置接口有:IIC,SPDIF,CA,SPI,PCI,PCMCIA。

最后需要注意的是封装问题。

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如何选择嵌入式微处理器

发布时间:2022-04-14 09:55:26
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