嵌入式處理器

　　嵌入式處理器是嵌入式系統的核心，是控制、輔助系統運行的硬件單元。範圍極其廣闊，從最初的4位處理器，目前仍在大規模應用的8位單片機，到最新的受到普遍青睞的32位，64位嵌入式CPU。
　　自微處理器的問世以來，嵌入式系統獲得了飛速的發展，嵌入式處理器毫無疑問是嵌入式系統的核心部分,嵌入式處理器直接關係到整個嵌入式系統的性能。一般狀況下嵌入式處理器被認爲是對嵌入式系統中運算和控制核心器件總的稱謂。
　　世界上具備嵌入式功能特色的處理器已經超過1000種，流行體系結構包括MCU，MPU等30多個系列。鑑於嵌入式系統廣闊的發展前景，不少半導體制造商都大規模生產嵌入式處理器，而且公司自主設計處理器也已經成爲了將來嵌入式領域的一大趨勢，其中從單片機、DSP到FPGA有着各式各樣的品種，速度愈來愈快，性能愈來愈強，價格也愈來愈低。嵌入式處理器的尋址空間能夠從64kB到16MB，處理速度最快能夠達到2000 MIPS，封裝從8個引腳到144個引腳不等。
　　嵌入式微處理器誕生於20世紀70年代末，其間經歷了SCM、MCU、網絡化、軟件硬化四大發展階段。
　　1.SCM階段：即單片微型計算機(Single Chip Microcomputer)階段，主要是單片微型計算機的體系結構探索階段。Zilog公司Z80等系列單片機的「單片機模式」得到成功，走出了SCM 與通用計算機徹底不一樣的發展道路。
　　2.MCU階段：即嵌入式微控制器(Micro-Controller Unit，單片機)大發展階段，主要的技術方向是：爲知足嵌入式系統應用不斷擴展的須要，在芯片上集成了更多種類的外圍電路與接口電路，突顯其微型化和智能化的實時控制功能。80C51微控制器是這類產品的典型表明型號。
　　3.網絡化階段：隨着互聯網的高速發展，各個系統，不管是手持型仍是固定式的嵌入式電子產品都但願能聯接互聯網。所以，網絡模塊集成於芯片上就成爲了一個重要模塊。
　　4.軟件硬化階段：隨着市場對CPU芯片產品的使用面愈來愈廣，對速度、性能等方面的要求愈來愈高，同時要求的產品開發的時間愈來愈短，而軟件功能和系統卻愈來愈複雜，要求實時處理的多媒體等大型文件的處理要求愈來愈多(如MP三、MP4播放器、GPS導航儀等)，以及手持型數字電視飛速發展的須要，有的還須要實時在線快速改變邏輯功能，尤爲是對低功耗的須要愈來愈嚴，僅僅採用軟件的方式已遠遠不能知足這些市場發展的實際須要。同時，隨着半導體設計和加工技術的飛速發展以及設計水平的自動化程度的提升，極大地下降了嵌入式微處理器芯片的設計難度。爲軟件硬化的普及發展帶來了極大的促進做用。
　　嵌入式處理器特色
　　嵌入式微處理器與普通臺式計算機的微處理器設計在基本原理上是類似的，可是工做穩定性更高，功耗較小，對環境(如溫度、溼度、電磁場、振動等)的適應能力強，體積更小，且集成的功能較多。在桌面計算機領域，對處理器進行比較時的主要指標就是計算速度，從33MHz主頻的386計算機到3GHz主頻的Pentium 4處理器，速度的提高是用戶最主要關心的變化，但在嵌入式領域，狀況則徹底不一樣。嵌入式處理器的選擇必須根據設計的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封裝形式、SoC程度、成本、商業考慮等等諸多因素之中進行折中，擇優選擇。
　　嵌入式處理器作爲嵌入式系統的核心，嵌入式處理器擔負着控制、系統工做的重要任務，使宿主設備功能智能化、靈活設計和操做簡便。爲合理高效的完成這些任務，通常說，嵌入式處理器具備如下特色：很強的實時多任務支持能力，存儲區保護功能，可擴展的微處理器結構，較強的中斷處理能力，低功耗。 [1]
　　嵌入式系統的核心是嵌入式微處理器。嵌入式微處理器通常就具有如下4個特色：
　　1）對實時多任務有很強的支持能力，能完成多任務而且有較短的中斷響應時間，從而使內部的代碼和實時內核心的執行時間減小到最低限度。
　　2）具備功能很強的存儲區保護功能。這是因爲嵌入式系統的軟件結構已模塊化，而爲了不在軟件模塊之間出現錯誤的交叉做用，須要設計強大的存儲區保護功能，同時也有利於軟件診斷。
　　3）可擴展的處理器結構，以能最迅速地開展出知足應用的最高性能的嵌入式微處理器。
　　4）嵌入式微處理器必須功耗很低，尤爲是用於便攜式的無線及移動的計算和通訊設備中靠電池供電的嵌入式系統更是如此，如須要功耗只有mW甚至μW級。
　　分類
　　微處理器
　　嵌入式微處理器（Micro Processor Unit，MPU）是由通用計算機中的CPU演變而來的。它的特徵是具備32位以上的處理器，具備較高的性能，固然其價格也相應較高。但與計算機處理器不一樣的是，在實際嵌入式應用中，只嵌入式處理器嵌入式處理器
　　保留和嵌入式應用緊密相關的功能硬件，去除其餘的冗餘功能部分，這樣就以最低的功耗和資源實現嵌入式應用的特殊要求。和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具備體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優勢。主要的嵌入式處理器類型有Am186/8八、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/ StrongARM系列等。
　　其中Arm/StrongArm是專爲手持設備開發的嵌入式微處理器，屬於中檔的價位。
　　微控制器
　　嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)的典型表明是單片機，從70年代末單片機出現到今天，雖然已經通過了20多年的歷史，但這種8位的電子器件在嵌入式設備中仍然有着極其普遍的應用。單片機芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、看門狗、I/O、串行口、脈寬調製輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各類必要功能和外設。和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特色是單片化，體積大大減少，從而使功耗和成本降低、可靠性提升。微控制器是目嵌入式系統工業的主流。微控制器的片上外設資源通常較豐富，適合於控制，所以稱微控制器。
　　因爲MCU低廉的價格，優良的功能，因此擁有的品種和數量最多，比較有表明性的包括805一、MCS-25一、MCS-96/196/29六、P51XA、C166/16七、68K系列以及 MCU 8XC930/93一、C540、C541，而且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及衆多專用MCU和兼容系列。MCU佔嵌入式系統約70%的市場份額。Atmel出產的Avr單片機因爲其集成了FPGA等器件，因此具備很高的性價比，勢必將推進單片機得到更高的發展。
　　DSP處理器
　　嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP)，是專門用於信號處理方面的處理器，其在系統結構和指令算法方面進行了特殊設計，具備很高的編譯效率和指令的執行速度。在數字濾波、FFT、譜分析等各類儀器上DSP得到了大規模的應用。
　　DSP的理論算法在70年代就已經出現，可是因爲專門的DSP處理器還未出現，因此這種理論算法只能經過MPU等由分立元件實現。MPU較低的處理速度沒法知足DSP的算法要求，其應用領域僅僅侷限於一些尖端的高科技領域。隨着大規模集成電路技術發展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。其運算速度比MPU快了幾十倍，在語音合成和編碼解碼器中獲得了普遍應用。至80年代中期，隨着CMOS技術的進步與發展，第二代基於CMOS工藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都獲得成倍提升，成爲語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。到80年代後期，DSP的運算速度進一步提升，應用領域也從上述範圍擴大到了通訊和計算機方面。90年代後，DSP發展到了第五代產品，集成度更高，使用範圍也更加廣闊。
　　最爲普遍應用的是TI的TMS320C2000/C5000系列，另外如Intel的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的應用範圍。
　　片上系統
　　嵌入式片上系統(System On Chip) ：SoC追求產品系統最大包容的集成器件，是嵌入式應用領域的熱門話題之一。SOC最大的特色是成功實現了軟硬件無縫結合，直接在處理器片內嵌入操做系統的代碼模塊。並且SOC具備極高的綜合性，在一個硅片內部運用VHDL等硬件描述語言，實現一個複雜的系統。用戶不須要再像傳統的系統設計同樣，繪製龐大複雜的電路板，一點點的鏈接焊制，只須要使用精確的語言，綜合時序設計直接在器件庫中調用各類通用處理器的標準，而後經過仿真以後就能夠直接交付芯片廠商進行生產。因爲絕大部分系統構件都是在系統內部，整個系統就特別簡潔，不只減少了系統的體積和功耗，並且提升了系統的可靠性，提升了設計生產效率。
　　因爲SOC每每是專用的，因此大部分都不爲用戶所知，比較典型的SOC產品是Philips的Smart XA。少數通用系列如Siemens的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯合研製的Neuron芯片等。
　　預計不久的未來，一些大的芯片公司將經過推出成熟的、能佔領多數市場的SOC芯片，一舉擊退競爭者。SOC芯片也將在聲音、圖像、影視、網絡及系統邏輯等應用領域中發揮重要做用。
　　發展趨勢
　　嵌入式處理器大量應用於PC機。嵌入式微控制器是嵌入式系統芯片的主流產品，其品種多、數量大。嵌入式微處理器的發展速度很快，嵌入式系統已經普遍地應用咱們的生活的各個領域，例如：計算機、汽車、航天飛機等等。對於下一代微處理器 ,任何人均可以這樣預測 :集成度愈來愈高、主頻愈來愈高、機器字長愈來愈大、總線愈來愈寬、同時處理的指令條數愈來愈多.事實證實，二十多年來嵌入式微處理器正是按照這樣的規律向前發展的。
　　嵌入式處理器（Embedded Processor）從屬於芯片行業，通過多年發展，芯片產業鏈已很是成熟，共分爲4個環節：設計（Fabless）、晶圓製造（Wafer Foundry）、封裝和測試（Packaging & Testing）。其中，設計環節相似軟件，屬於純知識勞動，在國內發展最爲成功，產生了一批有競爭力的公司；晶圓製造屬於超強技術密集和資金密集型行業，全球寡頭壟斷，臺積電壟斷全球一半的市場、我國中芯國際排名全球第五；封裝測試環節也強調技術和資金，國內最有實力企業是長電科技，全球排名第七。
　　嵌入式處理器 EPF10K70RC240-4N
　　產品: FLEX 10K
　　邏輯元件數量: 3744
　　邏輯數組塊數量——LAB: 468
　　輸入/輸出端數量: 189 I/O
　　工做電源電壓: 5 V
　　最小工做溫度: 0 C
　　最大工做溫度: + 70 C
　　安裝風格: SMD/SMT
　　封裝 / 箱體: QFP-240
　　封裝: Tray
　　系列: EPF10K70 FLEX 10K
　　商標: Intel / Altera
　　柵極數量: 118,000
　　CNHTS: 8542319000
　　HTS Code: 8542390001
　　MXHTS: 85423901
　　工做電源電流: 10 mA
　　產品類型: FPGA - Field Programmable Gate Array工廠包裝數量: 24子類別: Programmable Logic ICsTARIC: 8542399000總內存: 18432 bit
　　商標名: FLEX 10K