浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析

浅谈几种常见的嵌入式处理器比较分析

前言

随着电子科学的不断发展，人们开始逐渐对数码产品有了更高的需求，这就促使了信息技术的不断发展。嵌入式系统的核心就是嵌入式处理器，它是控制、辅助嵌入式系统运行的硬件单元，其应用范围非常的广阔，它也具有很好的发展前景。那么，面对纷繁复杂的嵌入式处理器市场，我们该如何做出适合自己的选择呢?下面小编就对市场上常见的几种嵌入式处理器进行比较分析，希望可以对大家有所帮助(嵌入式处理器类型)。

(1)嵌入式ARM微处理器(嵌入式微处理器结构)

ARM微处理器的由来与发展

ARM(Advanced RISC Machines)，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。目前，采用ARM技术知识产权(IP)核的微处理器，即我们通常所说的ARM微处理器。它是一种高性能、低功耗的32位微处器，它被广泛应用于嵌入式系统中。基于ARM技术的微处理器应用约占据了32位RISC微处理器75%以上的市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM9代表了ARM公司主流的处理器，已经在手持电话、机顶盒、数码像机、GPS、个人数字助理以及因特网设备等方面有了广泛的应用。

ARM微处理器的应用领域

ARM微处理器是目前应用领域非常广的处理器，到目前为止，ARM微处理器及技术的应用几乎已经遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，深入到各个领域。

1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战。

2、无线通讯领域：目前已有超过85%的无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。

3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。

4、消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到广泛采用。

5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术。

基于RISC架构的ARM微处理器的特点

1、体积小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件;

3、大量使用寄存器，指令执行速度更快;

4、大多数数据操作都在寄存器中完成;

5、寻址方式灵活简单，执行效率高;

6、指令长度固定;

(2)嵌入式MIPS处理器

MIPS处理器的发展概述

MIPS是世界上很流行的一种RISC处理器。MIPS的意思是“无内部互锁流水级的微处理器”(Microprocessorwithoutinterlockedpipedstages)，其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题。MIPS技术公司是是美国著名的芯片设计公司，采用精简指令系统计算结构(RISC)来设计芯片，它设计制造高性能、高档次及嵌入式32位和64位处理器的厂商，在RISC处理器方面占有重要地位。

MIPS的系统结构及设计理念比较先进，其指令系统经过通用处理器指令体系MIPSI、MIPSII、MIPSIII、MIPSIV 到MIPSV，嵌入式指令体系MIPS16、MIPS32到MIPS64的发展已经十分成熟。

在设计理念上MIPS强调软硬件协同提高性能，同时简化硬件设计。和英特尔采用的复杂指令系统计算结构(CISC)相比，RISC具有设计更简单、设计周期更短等优点，并可以应用更多先进的技术，开发更快的下一代处理器。

MIPS是出现最早的商业RISC架构芯片之一，新的架构集成了所有原来MIPS指令集，并增加了许多更强大的功能。

MIPS处理器的应用

MIPS在通用方面，MIPSR系列微处理器用于构建SGI的高性能工作站、服务器和超级计算机系统。在嵌入式方面，MIPSK系列微处理器是目前仅次于ARM的用得最多的处理器之一(1999年以前MIPS是世界上用得最多的处理器)，其应用领域覆盖游戏机、路由器、激光打印机、掌上电脑等各个方面。

(3)PowerPC

PowerPC体系结构规范(PowerPCArchitectureSpecification)是在二十世纪九十年代，由IBM(国际商用机器公司)、Apple(苹果公司)和Motorola(摩托罗拉)公司开发的芯片，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。

PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。它是一个64位规范(也包含32位子集)。几乎所有常规可用的PowerPC(除了新型号IBMRS/6000和所有IBMpSeries高端服务器)都是32位的。

PowerPC市场占有率不是很高，但在通信系统的控制和管理中用得很多。

(4)嵌入式X86处理器

x86是一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合,X与处理器没有任何关系，

它是一个对所有*86系统的简单的通配符定义，例如：i386,586,奔腾(Pentium)。由于早期Intel的CPU编号都是如8086,80286来编号,由于这整个系列的CPU都是指令兼容的,所以都用X86来标识所使用的指令集合如今的奔腾,P2,P4,赛扬系列都是支持X86指令系统的,所以都属于X86家族。

x86以无可比拟的性能价格比优势成为计算平台的标准。但是x86仍然基于32位技术——对于高端的企业级服务器与工作站应用无能为力。与ARM架构的产品相比，嵌入式X86处理器普遍拥有高得多的性能，但功耗也高了许多，尽管依然可以维持无风扇运行状态，但根本无法用于PDA、智能手机等完全依*电池运作的掌上计算产品。真正对嵌入式X86处理器产生需求的是网络终端、瘦客户机、廉价/低能耗型PC、家庭消费电子产品、POS终端机等要求PC软件延续性的领域，对应设备体积相对较大，不依*电池运行，但要求具有较高的性能、低能耗、低噪音和高可靠性等优点。2006年X86推出了首款双核处理器。

X86和ARM、MIPS相比，X86架构的嵌入式处理器应用范围要狭窄一些。它主要应用于桌面端和低端服务器处理器。

(5)嵌入式DSP处理器

DSP是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10～50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素。

DSP是属于ModifiedHarvard架构，即它具有两条内部总线：数据总线、程序总线。程序与数据存储空间分开，各有独立的地址总线和数据总线，取址和读数可以同时进行，目前已达到90亿次浮点运算/秒(9000MFLOPS)。它采用流水作业，每条指令的执行划分为取指令、译码、取数、执行等若干步骤，由片内多个功能单元分别完成。相当于多条指令并行执行，从而大大提高了运算速度。乘法指令在单周期内完成，优化卷积、数字滤波、FFT、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法。采用循环寻址(Circularaddressing)位倒序，(bit-reversed)等特殊指令使FFT、卷积等运算中的寻址、排序及计算速度大大提高。1024点FFT的时间已小于1μs。具有独立的DMA总线和控制器，有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上。多处理器接口。使多个处理器可以很方便的并行或串行工作以提高处理速度。

DSP处理器经过单片化、EMC改造、增加片上外设，或在通用单片机或SOC中增加DSP协处理器，从而发展成为嵌入式DSP处理器(EmbeddedDigitalSignalProcessor,EDSP)，推动嵌入式DSP处理器发展的因素主要是嵌入式系统的智能化。目前TI、ADI、Freescale、CEVA等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。

DSP通用DSP的主要市场在于通信应用，而嵌入式DSP则主要应用于消费电子产品，比如DVD播放器和刻录机、机顶盒、音视频接收设备、MP3播放器和数码相机等。但是，WLAN、DSL和线缆宽带网络等通信芯片也带有嵌入式DSP。

总结

从最初的4位处理器到目前仍在大规模应用的8位单片机，再到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式处理器，嵌入式处理器的发展可谓是日新月异。