嵌入式开发教程之嵌入式系统中的处理器技术综述(2)
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第2章嵌入式系列微处理器介绍
ARM7内核采用冯·诺伊曼体系结构，数据和指令使用同一条总线。
内核有一条3级流水线，执行ARMv4指令集。
ARM7系列处理器主要用于对功耗和成本要求比较苛刻的消费类产品。
其最高主频可以到达130MIPS。
ARM7系列包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S和ARM720T四种类型，主要用于适应不同的市场需求。
ARM7系列处理器主要具有以下特点：（1）成熟的大批量的32位RICS芯片；（2）最高主频达到130MIPS；（3）功耗低；（4）代码密度高，兼容16位微处理器；（5）开发工具多，EDA仿真模型多；（6）调试机制完善；（7）提供0.25μm、0.18μm及0.13μm的生产工艺；（8）代码与ARM9系列、ARM9E系列及ARM10E系列兼容。
ARM7系列处理器主要应用于下面一些场合：（1）个人音频设备（MP3播放器、WMA播放器、AAC播放器）；（2）接入级的无线设备；（3）喷墨打印机；（4）数码照相机；（5）PDA。
ARM9处理器系列ARM9系列于1997年问世。
由于采用了5级指令流水线，ARM9处理器能够运行在比ARM7更高的时钟频率上，改善了处理器的整体性能；存储器系统根据哈佛体系结构（程序和数据空间独立的体系结构）重新设计，区分了数据总线和指令总线。
ARM9系列的第一个处理器是ARM920T，它包含独立的数据指令Cache和MMU（Memory Management Unit，存储器管理单元）。
此处理器能够被用在要求有虚拟存储器支持的操作系统上。
该系列中的ARM922T是ARM920T的变种，只有一半大小的数据指令Cache。
ARM940T包含一个更小的数据指令Cache和一个MPU（Micro Processor Unit，微处理器）。
它是针对不要求运行操作系统的应用而设计的。
ARM920T、ARM940T都执行v4T架构指令。
ARM9系列处理器主要应用于下面一些场合：（1）下一代无线设备，包括视频电话和PDA等；（2）数字消费品，包括机顶盒、家庭网关、MP3播放器和MPEG-4播放器；（3）成像设备，包括打印机、数码照相机和数码摄像机；（4）汽车、通信和信息系统。
第二章 嵌入式处理器
第二章嵌入式处理器嵌入式处理器是嵌入式系统的硬件核心构件，内部含有嵌入式CPU、存储器以及不同用途的I/O控制器电路。
其体系结构的不同直接影响着嵌入式系统开发工具的选择、应用程序的编写。
嵌入式系统设计中，嵌入式处理器构件的设计途径通常由直接选择现有构件设计和采用EDA技术进行设计。
2.1 EDA与可编程逻辑器件在嵌入式系统设计过程中，嵌入式处理器可以通过选择市场上现有的、满足或基本满足要求的ASIC(SOC)来获得，也可选择现有嵌入式处理器IP核利用EDA工具构建满足要求的嵌入式处理器或者利用EDA工具自行设计满足要求的嵌入式处理器。
下面介绍相关的概念。
2.1.1 EDAEDA电子设计自动化（Electronic Design Automation）是一种电子系统设计方法。
EDA技术就是以计算机为工具，设计者在EDA软件平台上，用硬件描述语言VHDL 完成设计文件，然后由计算机自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合、优化、布局、布线和仿真，直至对于特定目标芯片的适配编译、逻辑映射和编程下载等工作。
EDA 技术的出现，极大地提高了电路设计的效率和可操作性，减轻了设计者的劳动强度。
本文所指的EDA技术，主要针对电子电路设计、PCB设计和IC设计。
（EDA软件功能，EDA设计的目标电路）EDA软件功能能自动完成（逻辑）编译、（逻辑）综合、结构综合（布线）、逻辑优化、仿真测试，实现既定的电子系统功能。
EDA设计的目标电路（产品）包括全定制的ASIC半定制的ASICCPLD/FPGA-SOPC电路；PCB印制电路板。
2.1.2 ASIC设计流程嵌入式系统中广泛使用ASIC（Application Specific Integrated Circuit），它具有体积小、功耗低、成本低、性能高（速度高、可靠性好）、保密性好等特点；但其又有灵活性差、开发周期长、不便于修改和升级等缺陷。
自上而下设计法是常用的ASIC 设计方法，采用此方法，设计人员从系统总体需求出发，自上而下逐步地将设计细化，最后完成系统硬件的整体设计。
第02讲-嵌入式处理器介绍
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。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。 存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简 单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接 程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间， 实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编 语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程 序社设计相对容易，效率较高。
嵌入式系统及应用
使用参数比较表
特性 字长 速度 中断 ARM PPC M68K ……
DMA
以太网
片上存储
……
嵌入式系统及应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
处理器类型，如RISC、CISC、DSP 处理速度，以MIPS表示 寻址能力 总线速度 片上集成的存储器情况 片上集成的I/O接口的种类和数量 工作温度
嵌入式系统及应用
参数选择
8. 封装 9. 操作系统的支持 10.调试接口 11.行业用途 12.功耗 13.电源管理功能 14.价格 15.行业使用情况
•性能至关重要 •软件兼容
微控制器
•成本至关重要
成本
嵌入式系统及应用
PowerPC
PowerPC是早期Motorola和IBM联合为Apple的 MAC机开发的CPU芯片,商标权同时属于IBM和 Motorola,并成为他们的主导成品. IBM主要的PowerPC产品有
PowerPC604s(深蓝内部的CPU), PowerPC750,PowerPCG3(1.1GHz). MPC860 MPC8260
嵌入式系统及应用
RISC与CICS的区别
用的指令上，尽量使它们具有简单高效的特色。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。 存储器操作：RISC 对存储器操作有限制，使控制简 单化；而CISC 机器的存储器操作指令多，操作直接 程序：RISC 汇编语言程序一般需要较大的内存空间， 实现特殊功能时程序复杂，不易设计；而CISC 汇编 语言程序编程相对简单，科学计算及复杂操作的程 序社设计相对容易，效率较高。
嵌入式系统及应用
使用参数比较表
特性 字长 速度 中断 ARM PPC M68K ……
DMA
以太网
片上存储
……
嵌入式系统及应用
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
处理器类型，如RISC、CISC、DSP 处理速度，以MIPS表示 寻址能力 总线速度 片上集成的存储器情况 片上集成的I/O接口的种类和数量 工作温度
嵌入式系统及应用
参数选择
8. 封装 9. 操作系统的支持 10.调试接口 11.行业用途 12.功耗 13.电源管理功能 14.价格 15.行业使用情况
•性能至关重要 •软件兼容
微控制器
•成本至关重要
成本
嵌入式系统及应用
PowerPC
PowerPC是早期Motorola和IBM联合为Apple的 MAC机开发的CPU芯片,商标权同时属于IBM和 Motorola,并成为他们的主导成品. IBM主要的PowerPC产品有
PowerPC604s(深蓝内部的CPU), PowerPC750,PowerPCG3(1.1GHz). MPC860 MPC8260
嵌入式系统及应用
RISC与CICS的区别
Chapter2-嵌入式微处理器
–乘加(MAC)操作：它在一个周期中执行了一次乘法运算 和一次加法运算。 –SIMD类操作：允许使用一条指令进行多个并行数据流 的计算。 – 零开销的循环指令：采用硬件方式减少了循环的开销。 仅使用两条指令实现一个循环，一条是循环的开始并 提供循环次数，另一条是循环体。 – 多媒体加速指令：像素处理、多边形、3D操作等指令。 返回
嵌入式微处理器的性能
• 低端（低价，低性能）
– 一般低端嵌入式微处理器的性能最多达到50MIPS，应 用在对性能要求不高但对价格和功耗有严格要求的应 用系统中。
• 中档，低功耗
– 中档的嵌入式微处理器可达到较好的性能（如 150MIPS以上），采用增加时钟频率、加深流水深度、 增加Cache及一些额外的功能块来提高性能，并保持 低功耗。
• 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。
• 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。
• 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、 Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。
存储器
• 目前有些嵌入式系统除了主存外，还有外 存。外存是处理器不能直接访问的存储器， 用来存放各种信息，相对主存而言具有价 格低、容量大的特点。 • 在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电 子盘做外存，电子盘的主要种类有 NandFlash、 SD （Secure Digital）卡、 CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick、MultiMediaCard、、 DOC（Disk On Chip）等。
2-Channel GDMA
71 GPIOs
2-channel AC97/I2S
PS2 Keyboard Host Interfacer
嵌入式微处理器的性能
• 低端（低价，低性能）
– 一般低端嵌入式微处理器的性能最多达到50MIPS，应 用在对性能要求不高但对价格和功耗有严格要求的应 用系统中。
• 中档，低功耗
– 中档的嵌入式微处理器可达到较好的性能（如 150MIPS以上），采用增加时钟频率、加深流水深度、 增加Cache及一些额外的功能块来提高性能，并保持 低功耗。
• 嵌入式系统的存储器包括主存和外存。
• 大多数嵌入式系统的代码和数据都存储在处 理器可直接访问的存储空间即主存中。
• 系统上电后在主存中的代码直接运行。主存 储器的特点是速度快，一般采用ROM、EPROM、 Nor Flash、SRAM、DRAM等存储器件。
存储器
• 目前有些嵌入式系统除了主存外，还有外 存。外存是处理器不能直接访问的存储器， 用来存放各种信息，相对主存而言具有价 格低、容量大的特点。 • 在嵌入式系统中一般不采用硬盘而采用电 子盘做外存，电子盘的主要种类有 NandFlash、 SD （Secure Digital）卡、 CompactFlash、SmartMedia、Memory Stick、MultiMediaCard、、 DOC（Disk On Chip）等。
2-Channel GDMA
71 GPIOs
2-channel AC97/I2S
PS2 Keyboard Host Interfacer
嵌入式系统中的处理器技术
嵌入式系统中的处理器技术：一是DSP 处理器经过单片化、EMC 改造、增加片上外设，成为嵌入式DSP 处理器，TI 公司的TMS320C2000／C5000 等属于此范畴；二是在通用单片机或SoC 中增加I)SP 协处理器，例如Intel 公司的MCS-296 和Siemens 公司的TriCore。
推动嵌入式DSP 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种带有智能逻辑的消费类产品、生物信息识别终端、带有加解密算法的键盘、ADSL 接入、实时语音压解系统、虚拟现实显示等。
这类智能化算法一般都运算量较大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是DSP 处理器的长处所在。
嵌入式DSP 处理器比较有代表性的产品是TI 公司的TMS320 系列和Motorola 公司的DSP56000 系列。
TMS320 系列处理器包括用于控制的C2000 系列、移动通信的C5000 系列，以及性能更高的C6000 和C8000 系列。
DSP56000 目前已经发展成为DSP56000、DSP56100、DSP56200 和DSP56300 等几个不同系列的处理器。
另外Philips 公司也推出了基于可重构嵌入式DSP 结构低成本、低功耗技术制造的R．E．A．L DSP 处理器，特点是具备双Harvard 结构和双乘／累加单元，应用目标是消费类产品。
1．1．4嵌入式片上系统(SoC) 随着EDI 的推广和VLSI 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在1 个硅片上实现更为复杂系统的时代已来临，这就是SoC。
各种通用处理器内核将作为SoC 设计公司的标准库，和许多其他嵌入式系统外设一样，成为VLSI 设计中的标准器件，用标准的VHDL 等语言描述，存储在器件库中。
用户只需定义整个应用系统，仿真通过后就可以将设计图交给半导体工厂制作样品。
这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式系统大部分可集成到1 块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。
课件-2 第2章 嵌入式处理器
2．ARM
ASIC与IP
ASIC:专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit） IP: 知识产权 (Intellectual Property）
或称为SIP（硅/半导体知识产权 )—指芯片电 路的制作方式或电路图等方面的知识产权。
厂商向拥有技术的IP Provider直接购买IP 以缩短Time-to-Market。
2.2 嵌入式处理器的种类
多核系列
例：TI的OMAP
组成（见下图）
TI的DSP＋ARM的ARM RISC两个核
二维图形加速器
外围控制电路
应用领域
多媒体影音数据处理、语音识别系统、无限 通讯、电子商务等
2.2 嵌入式处理器的种类
多核系列
例：TI的OMAP
图2-2 TI的OMAP硬件结构图
嵌入式SoC举例
我们以HMS30C7202为例讲述一个实际的 SoC。HMS30C7202是韩国现代公司开发的 基于ARM720T内核、主频为70MHz、功能非 常强大高集成度的片上系统，它片内外设的资 源很多，广泛应用于PDA、智能电器、工业控 制、网络设备、音频设备、电子图书、POS等。 图是HMS30C7202的功能和系统配置图。其 片上外围设备包括UART、USB、PS2和CAN 接口，I2S接口通过外部DAC提供高质量的音 频输出。电源管理单元的特点是低功耗。
最早由Intel公司推出，其后多家公司购买 了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列 单片机在世界上产量最大、应用也最广泛 （20个生产厂家，350个衍生产品）
ASIC与IP
ASIC:专用集成电路 (Application Specific Integrated Circuit） IP: 知识产权 (Intellectual Property）
或称为SIP（硅/半导体知识产权 )—指芯片电 路的制作方式或电路图等方面的知识产权。
厂商向拥有技术的IP Provider直接购买IP 以缩短Time-to-Market。
2.2 嵌入式处理器的种类
多核系列
例：TI的OMAP
组成（见下图）
TI的DSP＋ARM的ARM RISC两个核
二维图形加速器
外围控制电路
应用领域
多媒体影音数据处理、语音识别系统、无限 通讯、电子商务等
2.2 嵌入式处理器的种类
多核系列
例：TI的OMAP
图2-2 TI的OMAP硬件结构图
嵌入式SoC举例
我们以HMS30C7202为例讲述一个实际的 SoC。HMS30C7202是韩国现代公司开发的 基于ARM720T内核、主频为70MHz、功能非 常强大高集成度的片上系统，它片内外设的资 源很多，广泛应用于PDA、智能电器、工业控 制、网络设备、音频设备、电子图书、POS等。 图是HMS30C7202的功能和系统配置图。其 片上外围设备包括UART、USB、PS2和CAN 接口，I2S接口通过外部DAC提供高质量的音 频输出。电源管理单元的特点是低功耗。
最早由Intel公司推出，其后多家公司购买 了8051的内核，使得以8051为内核的MCU系列 单片机在世界上产量最大、应用也最广泛 （20个生产厂家，350个衍生产品）
天大嵌入式系统课件-2-嵌入式处理器概要
嵌入式系统设计
第二章: 嵌入式处理器
天津大学计算机学院 车明
2018/10/31 1
计算机体系结构回顾
2018/10/31
2
2018/10/31
3
计算机指令集回顾
2018/10/31
4
2018/10/31
5
2.1 嵌入式处理器介绍Biblioteka 2.1.1 MPU
嵌入式系统中直接利用 MPU(接近通用计算 机 CPU)的情况已经很少 8位 MPU 已经淘汰 16、32位 MPU 仍有少量应用 16位 MPU 的例子：INTEL 80C186EC 32位 MPU 的例子：INTEL 80386EX ARM 是32位 MPU，但不作为独立芯片使用
ARM Cortex ™ Family
1000 DMIPS
Application Processor
Cortex A
Embedded RT Controller
Cortex R
Microcontroller
Cortex M
ARM11™ Family
500 DMIPS
ARM1136J ARM1176JZ
44
3C 24 2C 24 1C 14 0C 04
43
3B 23 2B 23 1B 13 0B 03
42
3A 22 2A 22 1A 12 0A 02
41
39 21 29 21 19 11 09 01
40
38 20 28 20 18 10 08 00
16
20H
2018/10/31
07
特殊功能寄存器SFR
DIP 40脚 PLCC 44脚
DIP 40脚 PLCC 44脚 DIP 40脚 PLCC 68脚
第二章: 嵌入式处理器
天津大学计算机学院 车明
2018/10/31 1
计算机体系结构回顾
2018/10/31
2
2018/10/31
3
计算机指令集回顾
2018/10/31
4
2018/10/31
5
2.1 嵌入式处理器介绍Biblioteka 2.1.1 MPU
嵌入式系统中直接利用 MPU(接近通用计算 机 CPU)的情况已经很少 8位 MPU 已经淘汰 16、32位 MPU 仍有少量应用 16位 MPU 的例子：INTEL 80C186EC 32位 MPU 的例子：INTEL 80386EX ARM 是32位 MPU，但不作为独立芯片使用
ARM Cortex ™ Family
1000 DMIPS
Application Processor
Cortex A
Embedded RT Controller
Cortex R
Microcontroller
Cortex M
ARM11™ Family
500 DMIPS
ARM1136J ARM1176JZ
44
3C 24 2C 24 1C 14 0C 04
43
3B 23 2B 23 1B 13 0B 03
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3A 22 2A 22 1A 12 0A 02
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39 21 29 21 19 11 09 01
40
38 20 28 20 18 10 08 00
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20H
2018/10/31
07
特殊功能寄存器SFR
DIP 40脚 PLCC 44脚
DIP 40脚 PLCC 44脚 DIP 40脚 PLCC 68脚
3 第二章 嵌入式硬件系统-处理器
处理器各部分功能
算术逻辑单元 接收控制单元提供的分析结果 通过通用寄存器从数据存储器中读入需 要的数据 进行算术运算 将结果通过通用寄存器保存到相应的数 据存储器单元 通用寄存器的作用 存放处理器正在计算的值
处理器各部分功能
控制单元 程序控制 指令解析 将指令解析结果传递给数据通道
1. 处理器结构
处理器 控制单元 控制器 数据通道 算术逻辑单元 通用寄存器
程序计数器 PC
指令寄存器 IR
R0
Rn
程序存储器
存储器
数据存储器
控制单元 控制器
处理器 控制/状态
数据通道
算术逻辑单元 通用寄存器
指令寄存器 程序计数器 load R0, M[500] 100
I/O
R0
R1
存储器
100
3.微处理器的结构体系
地址 指令寄存器 控制器 指令 程序存储器 指令0 指令1 指令2
输出 输入 中央处理器
数据通道
地址
数据存储器 数据0 数据1 数据2
数据
哈佛体系结构
3.微处理器的结构体系
（2）按指令类型可分为： 复杂指令集（CISC）处理器 精简指令集（RISC）处理器
3.微处理器的结构体系
指令CACHE 预取 流水 线1 译码1 预取 流水 线2 译码1 译码2 执行1 执行2 数据
译码2
执行1 执行2
（3） 高速缓存（CACHE）
1、为什么采用高速缓存 微处理器的时钟频率比内存速度提高快 得多，高速缓存可以提高内存的平均性 能。 2、高速缓存的工作原理 高速缓存是一种小型、快速的存储器， 它保存部分主存内容的拷贝。
编译
嵌入式系统设计的关键技术
嵌入式系统设计的关键技术嵌入式系统是现代电子科技中的一项重要发展，它们为各种电子设备提供了核心控制技术，可广泛应用于机器人、智能家居、医疗设备、汽车、航空航天等各个领域。
嵌入式系统设计的关键技术对其实现效能、性能、稳定性等方面影响重大，下面介绍一些关键技术。
一、处理器技术处理器是嵌入式系统中最重要的组成部分，嵌入式处理器的性能直接决定系统的效能，而功耗、面积、芯片数量则是成本和体积的主要考虑因素。
因此，处理器的设计和选择至关重要。
现在，市场上主流的处理器有x86、ARM和MIPS等，其中ARM的应用最为广泛。
基于ARM技术的MCU（微控制器）可以实现低成本、低功耗的高效嵌入式系统设计。
同时，MCU的架构比较简单，容易掌握和开发，对于初学者和中小规模项目比较友好。
二、储存技术嵌入式系统的应用场景多样，对于存储媒介的要求也不一样。
一些设备比如无人机、汽车等需要较高的储存速度和抗震抗压等特殊性能，而一些医疗设备、智能家居等则只需要一个小巧的存储设备。
传统的嵌入式存储设备包括Flash、EEPROM、NOR等，它们具有容量小、速度慢、寿命短等特点。
而随着科技的进步和嵌入式系统的普及，一些新型存储技术也应运而生，如：FRAM、MRAM、PCRAM、ReRAM等。
这些技术在容量、储存速度、寿命、耗电量等方面的表现更为优越。
三、系统架构设计技术嵌入式系统的架构设计是系统工程师必须掌握的重点。
一般，嵌入式系统的架构设计考虑因素包括应用场景、模块化设计、程序复杂度、接口设计、电源管理等方面。
如何合理设置嵌入式系统的结构，选择合适的传感器和执行器，合理管理硬件资源，可以实现嵌入式系统的控制能力，从而更好地完成目标。
四、软件架构设计技术嵌入式系统通常需要足够的软件支持，从芯片驱动程序到操作系统、应用程序，软件是嵌入式系统架构中不可或缺的一部分。
对于嵌入式系统软件设计人员来说，需要考虑的方面相当繁多。
如何设计实时性较强的操作系统、如何使用开放源代码工具构建嵌入式系统、如何选择适合的编译器等等。
嵌入式系统中的芯片设计与开发技术
嵌入式系统中的芯片设计与开发技术嵌入式系统是指嵌入在各种电子产品中，具有特定功能的专用计算机系统。
而在嵌入式系统中，芯片设计与开发技术是至关重要的一环。
本文将探讨嵌入式系统中的芯片设计与开发技术。
第一部分：嵌入式系统的概述嵌入式系统作为一种专用计算机系统，广泛应用于各个领域，如消费电子、汽车、医疗设备等。
它的特点是紧凑、高效、可靠性强。
嵌入式系统的核心是芯片，它集成了处理器、存储器、输入输出接口等电子元器件。
芯片设计与开发技术对嵌入式系统的性能和功能起到重要作用。
第二部分：芯片设计的基础知识芯片设计是指将电子元器件集成在芯片上，并通过设计结构、电路等来实现特定功能。
芯片设计需要掌握数字电路设计、模拟电路设计、集成电路设计等知识。
数字电路设计是指利用数字逻辑电路设计芯片的电子元器件，模拟电路设计是指利用模拟信号设计芯片的电子元器件，而集成电路设计是指将不同的电子元器件集成在一个芯片上。
第三部分：芯片开发的流程芯片开发是指从芯片的设计到最终产品的制造整个过程。
它包括芯片的原型设计、电路仿真、电路测试、布局与布线、芯片制造等各个环节。
芯片开发需要借助计算机辅助设计软件（CAD）和芯片制造工艺。
CAD软件可以辅助设计芯片的电路、布局和布线等，芯片制造工艺则决定了芯片的性能和制造成本。
第四部分：嵌入式系统中的芯片开发技术嵌入式系统中的芯片开发技术包括集成电路设计技术、系统级设计技术和物理设计技术等。
集成电路设计技术是指设计芯片的电子元器件，如处理器、存储器等。
系统级设计技术是指设计整个嵌入式系统的功能、性能等。
物理设计技术是指将电子元器件按照规定的布局和布线规则进行放置和连接。
这些技术相互依赖、相互影响，共同完成嵌入式系统的开发。
第五部分：芯片设计与开发技术的挑战与趋势芯片设计与开发技术在不断发展，同时也面临一些挑战。
芯片的功能越来越复杂，设计难度加大；芯片的功耗和散热成为制约因素；还需要考虑到芯片的可测试性和可编程性。
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嵌入式应用的特点是和现实世界中的硬件系统 有关，存在各种异变和事先未知的变化，这就给微 控制器的指令执行带来了各种不确定性，这种不确 定性只有通过ICE的实时在线仿真器才能发现，特别 是在分析可靠性时要在同样条件下多次仿真，以发 现偶然出现的错误。
① 实时在线仿真系统ICE(InCircuitEmulator)
千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心
在计算机辅助设计非常发达的今天，实时在线 仿真系统(ICE)仍是进行嵌入式应用系统调试 最有效的开发工具。ICE首先可以通过实际执 行，对应用程序进行原理性检验，排除人的思 维难以发现的设计逻辑错误。ICE的另一个主 要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执 行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执 行行为。此外，高级的ICE带有完善的跟踪功 能，可以将应用系统的实际状态变化、微控制 器对状态变化的反应、以及应用系统
千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心
3 结束语
嵌入式系统是将计算机直接嵌入到应用系统中， 是信息技术的最终产品。嵌入式系统的核心就 是嵌入式处理器。嵌入式系统是信息产业走向 二十一世纪知识经济时代的最重要的经济增长 点之一，这是一个不可垄断的工业，对中国的 信息产业来说充满了机遇和挑战。世界这么广 大，充满了多样化，尤其是我们已经进入到后 PC时代--无所不在的计算（nomADIc computing）使嵌入式处理器将遍及我们能够 想象得到的各个角落，因此，每种处理器都有 存在的理由，都有可伸展的方向。这一点应特 别引起中国信息产业界的关注。
千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心
嵌入式开发教程之处理器IP（知识产权）：
为了满足多芯核与SoC设计的需要，还有一些 厂家专门供应处理器芯核的IP厂商，芯核主要 有16位、32位、64位，有软核与硬核。值得 一提的是，世界上最成功的IP厂商是做处理器 芯核公司--arm公司，至今年6月付运量已达20 亿个，可见处理器行业的博大。多芯核市场发 展潜力广阔，在2004年2月美国的Electronic Summit 2004上，做64位RISC IP的Tensilica公 司总裁Chris Rowen博士说，未来十年，一块 芯片中需要上千个处理器芯核，每秒要完成 1012运算。 2 嵌入式处理器芯片的开发
千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心
嵌入式开发教程之嵌入式系统中的处 理器技术综述(2)
1．2嵌入式开发教程之嵌入式处理器分类的变迁 处理器IP（知识产权） 2．1嵌入式开发教程之嵌入式处理器芯片的一般开发过程 2．2嵌入式开发教程之基于嵌入式处理器的嵌入式系统的开发 工具 ① 实时在线仿真系统ICE(In-CircuitEmulator) ② 高级语言编译器(Compiler Tools) ③ 源程序模拟器(Simulator) 3 结束语
千锋3G嵌入式移动互联网技术研发中心
2．2嵌入式开发教程之基于嵌入式处理器的嵌入式系统的开发工具
嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统，要在短时间内 掌握并开发出所有功能是很不容易的，而市场竞争则要 求产品能够快速上市，这一矛盾要求嵌入式处理器能够 有容易掌握和使用的开发工具平台。提高用户和程序员 的时间--投入回报率。面对成百上千种处理器，选择是 一个问题，学习掌握处理器结构及其应用更需要时间， 因此以开发工具和技术咨询为基础的整体解决方案是迫 切需要的。好的开发工具除能够开发出处理器的全部功 能以外，还应当是对用户友好的。 目前嵌入式系统的开发工具平台主要包括下面几类：
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② 高级语言编译器(Compiler Tools)
C语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统工程 的工作效率，充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能，缩短 产品进入市场时间。另外，C语言便于移植和修改，使产品的升 级和继承更迅速。更重要的是采用C语言编写的程序易于在不同 的开发者之间进行交流，从而促进了嵌入式系统开发的产业化。 区别于一般计算机中的C语言编译器，嵌入式系统中的C语 言编译器要专门进行优化，以提高编译效率。优秀的嵌入式系 统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能 程度长5-20%。编译效率的不同，是区别嵌入式系统C编译器之 间性能差别的重要根据之一。而C编译器残余的5-10%效率差别， 完全可以由现代微控制器的高速度、大存储器空间以及产品提 前进入市场来弥补。
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1．2嵌入式开发教程之嵌入式处理器分类的变迁
国际上公认的通用嵌入式处理器有三大类：MCU、DSP和MPU （Micro-Processor Unit）。TI公司曾把处理器比作汽车，有个 生动的比喻：DSP是跑车，追求的是速度；MPU是轿车，追求 的是经济性与速度的折中；MCU是满足特殊用途的车。 现在，随着处理速度的要求越来越高，同时处理的数据更 加复杂，出现了双核与多核处理器，通常为DSP+RISC芯核，如 Infineon公司的TriCore（CISC+RISC+DSP），Philips公司的 Trimedia。随着一些大量应用市场的崛起，又出现了一些新名 词，例如用于网络、通信设备上的通信处理器（2000年左右兴 起），数码相机、数码录像机等视频、音频流所需的媒体处理 器（2003年兴起），智能手机上的应用处理器（2004年兴起）。 由于一些处理器不仅要有速度，还要有控制功能，又出现了 DSP与MCU的结合品，主攻电机控制市场。如Freescale公司的 DSP利用了其在MCU控制方面的技术；Microchip 2004年2月也 推出了这种产品，称为DSC（Digital Signal Controller）。
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对于一些设计者来说，甚至这种灵活性还不够用。他们可以找 到某些公司，这些公司拥有可高度定制嵌入式微处理器内核的 许可证。利用这类内核，可以开发出用于特殊目的的新机器级 指令。 对于数字相机处理器而言，一条提高JPEG 图像压缩的指 令具有很高的价值。 对于MP3音乐播放器来说，一条加速音频 解压缩的指令具有同样的用处。然后， 定制的设计被交给“铸 造厂”进行生产 和通用计算机不同，嵌入式系统的硬件和 软件都必须高效率地设计，量体裁衣、去除冗余，力争在同样 的硅片面积上实现更高的性能，这样才能在具体应用对处理器 的选择面前更具有竞争力。嵌入式处理器要针对用户的具体需 求，对芯片配置进行裁剪和添加才能达到理想的性能；但同时 还受用户订货量的制约。因此不同的处理器面向的用户是不一 样的，可能是一般用户，行业用户或单一用户。
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③ 源程序模拟器(Simulator)
源程序模拟器是在广泛使用的、人机接口完备的工作平 台上，如小型机和PC，通过软件手段模拟执行某种嵌入 式处理器内核编写的源程序测试工具。简单的模拟器可 以通过指令解释方式逐条执行源程序，分配虚拟存储空 间和外设，供程序员检查;高级的模拟器可以利用计算 机的外部接口模拟出处理器的I/O电气信号。不同档次 和功能模拟器工具价格差距巨大。模拟器软件独立于处 理器硬件，一般与编译器集成在同一个环境中，是一种 有效的源程序检验和测试工具。但值得注意的是， 模拟 器毕竟是以一种处理器模拟另一种处理器的运行，在指 令执行时间、中断响应、定时器等方面很可能与实际处 理器有相当的差别。另外它无法和ICE一样，仿真嵌入 式系统在应用系统中的实际执行情况。
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ICE不仅是软件硬件排错工具，同时也是提 高和优化系统性能指标的工具。高档ICE工 具(如美国NOHAU公司的产品)是可根据用 户投资裁剪功能的系统， 亦可根据需要选 择配置各种档次的实时逻辑跟踪器(Trace)、 实时映象存储器(Shadow RAM)及程序效率 实时分析功能(PPA)。
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嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一 个体系一般要存在8-10年的时间。一个体 系结构及其相关的片上外设、开发工具、 库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知 识系统，用户和半导体厂商都不会轻易地 放弃一种处理器。
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新型的微控制器指令速度不断提高，存储器空间也相应 加大，已经达到甚至超过了目前的通用计算机中的微处 理器，为嵌入式系统工程采用过去一直不敢问津的C+ + 语言创造了条件。C++语言强大的类、继承等功能更便 于实现复杂的程序功能。但是C++语言为了支持复杂的 语法，在代码生成效率方面不免有所下降。为此，1995 年初在日本成立的Embedded C++技术委员会经过几年 的研究，针对嵌入式应用制订了减小代码尺寸的EC++标 准。EC++保留了C++的主要优点，提供对C++的向上兼 容性，并满足嵌入式系统设计的一些特殊要求。在嵌入 式高级语言编译器方面处于领先地位的Tasking公司， 是EC++技术委员会成员之一，也是最先推出EC++产品 的公司。
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对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来， 以供分析，在分析中优化控制过程。很多机电系统 难以建立一个精确有效的数字模型，或是建立模型 需要大量人力，这时采用ICE的跟踪功能对系统进行 记录和分析是一个快而有效的方法。
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2．1嵌入式开发教程之嵌入式处理器芯片的一般开发过程
尽管有几千种现成的芯片可供选择，但是许多产品的设 计者需要一些与众不同的特性。因此，他们开发自己的 嵌入式芯片，即所谓的专用集成电路。 一位设计人员开始时需要从一家公司取得嵌入式微 处理器的内核的授权，然后添加他自己应用特有的特性。 例如，对于数字照相机处理器来说，他可能为这种电荷 耦合设备的芯片添加一个控制器。又比如，对于具有 Internet功能的家电处理器来说，可以添加一个 Ethernet接口。 这位设计者然后将他的设计交给“铸造 厂”，即一家拥有“工厂”（芯片制造厂）的公司，并 将部分制造量出售给其他公司。主要的制造厂有United Microelectronics公司、台湾的TSMC公司和美国的IBM Microelectronics公司。
① 实时在线仿真系统ICE(InCircuitEmulator)
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在计算机辅助设计非常发达的今天，实时在线 仿真系统(ICE)仍是进行嵌入式应用系统调试 最有效的开发工具。ICE首先可以通过实际执 行，对应用程序进行原理性检验，排除人的思 维难以发现的设计逻辑错误。ICE的另一个主 要功能是在应用系统中仿真微控制器的实时执 行，发现和排除由于硬件干扰等引起的异常执 行行为。此外，高级的ICE带有完善的跟踪功 能，可以将应用系统的实际状态变化、微控制 器对状态变化的反应、以及应用系统
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3 结束语
嵌入式系统是将计算机直接嵌入到应用系统中， 是信息技术的最终产品。嵌入式系统的核心就 是嵌入式处理器。嵌入式系统是信息产业走向 二十一世纪知识经济时代的最重要的经济增长 点之一，这是一个不可垄断的工业，对中国的 信息产业来说充满了机遇和挑战。世界这么广 大，充满了多样化，尤其是我们已经进入到后 PC时代--无所不在的计算（nomADIc computing）使嵌入式处理器将遍及我们能够 想象得到的各个角落，因此，每种处理器都有 存在的理由，都有可伸展的方向。这一点应特 别引起中国信息产业界的关注。
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嵌入式开发教程之处理器IP（知识产权）：
为了满足多芯核与SoC设计的需要，还有一些 厂家专门供应处理器芯核的IP厂商，芯核主要 有16位、32位、64位，有软核与硬核。值得 一提的是，世界上最成功的IP厂商是做处理器 芯核公司--arm公司，至今年6月付运量已达20 亿个，可见处理器行业的博大。多芯核市场发 展潜力广阔，在2004年2月美国的Electronic Summit 2004上，做64位RISC IP的Tensilica公 司总裁Chris Rowen博士说，未来十年，一块 芯片中需要上千个处理器芯核，每秒要完成 1012运算。 2 嵌入式处理器芯片的开发
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嵌入式开发教程之嵌入式系统中的处 理器技术综述(2)
1．2嵌入式开发教程之嵌入式处理器分类的变迁 处理器IP（知识产权） 2．1嵌入式开发教程之嵌入式处理器芯片的一般开发过程 2．2嵌入式开发教程之基于嵌入式处理器的嵌入式系统的开发 工具 ① 实时在线仿真系统ICE(In-CircuitEmulator) ② 高级语言编译器(Compiler Tools) ③ 源程序模拟器(Simulator) 3 结束语
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2．2嵌入式开发教程之基于嵌入式处理器的嵌入式系统的开发工具
嵌入式处理器是一个复杂的高技术系统，要在短时间内 掌握并开发出所有功能是很不容易的，而市场竞争则要 求产品能够快速上市，这一矛盾要求嵌入式处理器能够 有容易掌握和使用的开发工具平台。提高用户和程序员 的时间--投入回报率。面对成百上千种处理器，选择是 一个问题，学习掌握处理器结构及其应用更需要时间， 因此以开发工具和技术咨询为基础的整体解决方案是迫 切需要的。好的开发工具除能够开发出处理器的全部功 能以外，还应当是对用户友好的。 目前嵌入式系统的开发工具平台主要包括下面几类：
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② 高级语言编译器(Compiler Tools)
C语言作为一种通用的高级语言，大幅度提高了嵌入式系统工程 的工作效率，充分发挥出嵌入式处理器日益提高的性能，缩短 产品进入市场时间。另外，C语言便于移植和修改，使产品的升 级和继承更迅速。更重要的是采用C语言编写的程序易于在不同 的开发者之间进行交流，从而促进了嵌入式系统开发的产业化。 区别于一般计算机中的C语言编译器，嵌入式系统中的C语 言编译器要专门进行优化，以提高编译效率。优秀的嵌入式系 统C编译器代码长度和执行时间仅比以汇编语言编写的同样功能 程度长5-20%。编译效率的不同，是区别嵌入式系统C编译器之 间性能差别的重要根据之一。而C编译器残余的5-10%效率差别， 完全可以由现代微控制器的高速度、大存储器空间以及产品提 前进入市场来弥补。
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国际上公认的通用嵌入式处理器有三大类：MCU、DSP和MPU （Micro-Processor Unit）。TI公司曾把处理器比作汽车，有个 生动的比喻：DSP是跑车，追求的是速度；MPU是轿车，追求 的是经济性与速度的折中；MCU是满足特殊用途的车。 现在，随着处理速度的要求越来越高，同时处理的数据更 加复杂，出现了双核与多核处理器，通常为DSP+RISC芯核，如 Infineon公司的TriCore（CISC+RISC+DSP），Philips公司的 Trimedia。随着一些大量应用市场的崛起，又出现了一些新名 词，例如用于网络、通信设备上的通信处理器（2000年左右兴 起），数码相机、数码录像机等视频、音频流所需的媒体处理 器（2003年兴起），智能手机上的应用处理器（2004年兴起）。 由于一些处理器不仅要有速度，还要有控制功能，又出现了 DSP与MCU的结合品，主攻电机控制市场。如Freescale公司的 DSP利用了其在MCU控制方面的技术；Microchip 2004年2月也 推出了这种产品，称为DSC（Digital Signal Controller）。
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嵌入式处理器的发展也体现出稳定性，一 个体系一般要存在8-10年的时间。一个体 系结构及其相关的片上外设、开发工具、 库函数、嵌入式应用产品是一套复杂的知 识系统，用户和半导体厂商都不会轻易地 放弃一种处理器。
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新型的微控制器指令速度不断提高，存储器空间也相应 加大，已经达到甚至超过了目前的通用计算机中的微处 理器，为嵌入式系统工程采用过去一直不敢问津的C+ + 语言创造了条件。C++语言强大的类、继承等功能更便 于实现复杂的程序功能。但是C++语言为了支持复杂的 语法，在代码生成效率方面不免有所下降。为此，1995 年初在日本成立的Embedded C++技术委员会经过几年 的研究，针对嵌入式应用制订了减小代码尺寸的EC++标 准。EC++保留了C++的主要优点，提供对C++的向上兼 容性，并满足嵌入式系统设计的一些特殊要求。在嵌入 式高级语言编译器方面处于领先地位的Tasking公司， 是EC++技术委员会成员之一，也是最先推出EC++产品 的公司。
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对控制的响应等以一种录像的方式连续记录下来， 以供分析，在分析中优化控制过程。很多机电系统 难以建立一个精确有效的数字模型，或是建立模型 需要大量人力，这时采用ICE的跟踪功能对系统进行 记录和分析是一个快而有效的方法。
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尽管有几千种现成的芯片可供选择，但是许多产品的设 计者需要一些与众不同的特性。因此，他们开发自己的 嵌入式芯片，即所谓的专用集成电路。 一位设计人员开始时需要从一家公司取得嵌入式微 处理器的内核的授权，然后添加他自己应用特有的特性。 例如，对于数字照相机处理器来说，他可能为这种电荷 耦合设备的芯片添加一个控制器。又比如，对于具有 Internet功能的家电处理器来说，可以添加一个 Ethernet接口。 这位设计者然后将他的设计交给“铸造 厂”，即一家拥有“工厂”（芯片制造厂）的公司，并 将部分制造量出售给其他公司。主要的制造厂有United Microelectronics公司、台湾的TSMC公司和美国的IBM Microelectronics公司。