首页 理论教育 ARM嵌入式处理器与C语言编程技术

ARM嵌入式处理器与C语言编程技术

时间:2023-10-19 理论教育 版权反馈
【摘要】:嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,是控制、辅助系统运行的硬件单元,直接关系到整个嵌入式系统的性能。嵌入式处理器可分为以下5种类型。和嵌入式微处理器相比,嵌入式微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降。嵌入式微处理器较低的处理速度无法满足DSP的大数据量运算算法的要求,其应用局限于一些尖端的高科技领域。

ARM嵌入式处理器与C语言编程技术

嵌入式处理器是嵌入式系统的核心,是控制、辅助系统运行的硬件单元,直接关系到整个嵌入式系统的性能。嵌入式处理器可分为以下5种类型。

1.嵌入式微处理器(Micro Processor Unit,MPU)

嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来的。它的特征是具有32位以上的运算单元,具有较高的性能,当然其价格也相应较高。与桌面计算机处理器不同的是,在实际嵌入式应用中,只保留和嵌入式应用紧密相关的功能硬件,去除其他冗余功能部分,这样就以最低的功耗和资源实现了嵌入式应用的特殊要求。和桌面计算机处理器相比,嵌入式微处理器具有体积小、质量小、成本低、功耗低、可靠性高的优点。主要的嵌入式微处理器类型有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM/StrongARM系列等。

2.嵌入式微控制器(Microcontroller Unit,MCU)

嵌入式微控制器的典型代表是单片机,从20世纪70年代末单片机出现至今,虽然已经经过了40多年,但这种8位的电子器件在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。现在的商用单片机芯片内部往往集成了ROM/EEPROM/Flash、RAM、定时/计数器、看门狗、I/O、串行口、PWM、A/D、D/A等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比,嵌入式微控制器的最大特点是单片化,体积大大减小,从而使功耗和成本下降。嵌入式微控制器的片上外设资源一般比较丰富,适合控制,因此称为微控制器。

由于嵌入式微控制器价格低廉,功能优良,所以其品种和数量较多,比较有代表性的包括8051、MCS-251、MCS-96/196/296、P51XA、C166/167、68K系 列 以 及MCU 8XC930/931、C540、C541系列,并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD的众多专用和兼容系列。嵌入式微控制器占嵌入式系统约70%的市场份额,且一直推陈出新,例如Atmel生产的AVR单片机由于集成了FPGA等器件,所以具有很高的性价比,将推动单片机获得更好的发展。

3.嵌入式DSP处理器(Embedded Digital Signal Processor,EDSP)

顾名思义,DSP处理器是专门用于数字信号处理方面的处理器,其在系统结构和指令算法方面进行了特殊设计,具有很高的编译效率和指令执行速度。DSP在数字滤波、FFT、谱分析、图像算法等仪器和设备上获得了大规模应用。

DSP的理论算法在20世纪70年代就已经出现,但是由于专门的DSP处理器还未出现,所以这种理论算法只能通过嵌入式微处理器等器件实现。嵌入式微处理器较低的处理速度无法满足DSP的大数据量运算算法的要求,其应用局限于一些尖端的高科技领域。随着大规模集成电路技术的发展,1982年世界上诞生了首枚DSP芯片,其运算速度比嵌入式微处理器快了几十倍,在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。至20世纪80年代中期,随着CMOS技术的进步与发展,第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生,其存储容量和运算速度都得到成倍提高,成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。到了20世纪80年代后期,DSP的运算速度进一步提高,应用领域也从上述范围扩大到了通信和计算机方面。20世纪90年代后,DSP芯片发展到了第五代产品,集成度更高,使用范围也更加广阔。(www.xing528.com)

目前,最为广泛应用的DSP处理器德州仪器是(TI)的TMS320C2000/C5000系列,另外如英特尔(Intel)的MCS-296和Siemens的TriCore也有各自的应用范围。

4.可编程逻辑器件(Programmable Logic Device,PLD)

可编程逻辑器件是作为一种通用集成电路产生的,它的逻辑功能通过用户对器件编程来确定。可编程逻辑器件的集成度很高,足以满足一般的数字系统的需要。这样就可以由设计人员自行编程而把一个数字系统集成在可编程逻辑器件上,制作成嵌入式片上系统,而不必请芯片制造厂商设计和制作专用的集成电路芯片了。可编程逻辑器件与一般数字芯片不同的是:可编程逻辑器件内部的数字电路可以在出厂后规划决定,目前大多类型的可编程逻辑器件允许在规划决定后再次进行改变,而一般数字芯片在出厂前就已经决定其内部电路,无法在嵌入式微控制器出厂后再次改变。特别需要指出的是,可编程逻辑器件的编程与上述嵌入式微处理器和嵌入式微控制器的编程不一样,可编程逻辑器件的编程是通过一定方法确定内部电路的连接关系和硬件逻辑结构,而嵌入式微处理器和嵌入式微控制器的编程是设定它们的指令执行流程,两者是有本质区别的。

5.嵌入式片上系统(System On Chip,SOC)

在某一类特定的应用中,对嵌入式系统的性能、功能、接口有相似的要求,针对嵌入式系统的这个特点,利用大规模集成电路技术将某一类应用需要的大多数模块集成在一个芯片上,从而在芯片上实现一个嵌入式系统大部分核心功能,这种处理器就是嵌入式片上系统。

嵌入式片上系统把微处理器和特定应用中常用的模块集成在一个芯片上,应用时往往只需要在嵌入式片上系统外部扩充接口驱动、一些分立元件及供电电路就可以构成一套实用的系统,极大地简化了系统的设计难度,同时还有利于减小电路板面积、降低系统成本、提高系统可靠性。

由于嵌入式片上系统往往是专用的,所以大部分都不为用户所知,比较典型的嵌入式片上系统产品是飞利浦(Philips)的Smart XA;少数通用系列,如西门子(Siemens)的TriCore、摩托罗拉(Motorola)的M-Core;某些ARM系列器件,如埃施朗(Echelon)和摩托罗拉联合研制的Neuron芯片等。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈