嵌入式系统的构建

嵌入式系统的构建

嵌入式系统的硬件构成
1.1. 嵌入式系统硬件
嵌入式系统是以应用为中心，计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于应用系统对功
能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。嵌入式系统硬件一般包括处
理器、存储器、外设器件和电源等。
1.1.1. 嵌入式处理器
嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，据不完全统计，到2000 年全世界
嵌入式处理器的品种总量已经超过1000 多种，流行体系结构有30 几个系列，其中8051 体
系的占有多半。生产8051 单片机的半导体厂家有20 多个，共350 多种衍生产品，仅Philips
就有近100 种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器，越来越多的公司有自己的
处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空间一般从64kB 到16MB，处理速度从0.1 MIPS 到
2000 MIPS，常用封装从8 个引脚到144 个引脚。根据其现状，嵌入式计算机可以分成下面
几类。
1.1.1.1. 嵌入式微处理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)
嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的CPU。在应用中，将微处理器装配在专门设
计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的功能，这样可以大幅度减小系统体积和功耗。
为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然在功能上和标准微处理器基本是一
样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面一般都做了各种增强。
和工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可靠性高的
优点，但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件。嵌入式微处
理器及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如STD-BUS、PC104
等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒”式名片大小的嵌入式计算机
系列OEM 产品，台湾研华公司也推出了类似的模组化系统SOM（System On Module）。
嵌入式处理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM
系列等。
嵌入式微处理器又可分为CISC 和RISC 两类。大家熟悉的大多数台式PC 都是使用CISC
微处理器，如Intel 的x86。 RISC 结构体系有两大主流：Silicon Graphics 公司（硅谷图形公
司）的MIPS 技术，ARM 公司的Advanced RISC Machines 技术。此外Hitachi（日立公司）
也有自己的一套RISC 技术SuperH。
RISC 和CISC 是目前设计制造微处理器的两种典型技术，虽然它们都是试图在体系结
构、操作运行、软件硬件、编译时间和运行时间等诸多因素中做出某种平衡，以求达到高效
的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差异很大，它们主要有：
（1） 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。对不常用的功能，常通过组合指令来完成。因此，在RISC 机器
上实现特殊功能时，效率可能较低。但可以利用流水技术和超标量技术加以改进
和弥补。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。因
此，处理特殊任务效率较高。