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如何选择嵌入式微处理器
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(Santa Clara .
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Newton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Power PC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X86 CPU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Power PC。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M.Core(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。
Intel Pentium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NEC、日立为HPC、Palm PC而设计的VR4111和SH7707。Digital的 Strong
ARM 1100,在一个极小的200MHz主频封装中集成了彩色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。
Motorola 68360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、ISDN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——PowerPC RISC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ISDN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
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