32位嵌入式处理器的特点及应用

众所周知,在嵌入式系统中,微处理器用的最多的还是mcu(俗称单片机),主要原因是其性价比高、简单易学。mcu有4位、8位、16位三大系列,4位 mcu主要用在家用电器、儿童玩具领域;16位mcu则用在速度要求较高的工业控制领域;8位mcu是主流,几乎覆盖所有应用领域,其生产厂商(几十家)、产品系列(几百个)、芯片型号(几千种)都是最多的,在所有8位mcu中,51系列占一半以上。
在嵌入式系统所有处理器中,目前32位处理器虽然只占一小部分,但却是不可替代的一部分,而且是嵌入式技术未来的发展方向。32位嵌入式处理器具有如下特点:
● 运算速度高,主频高达1g以上,多总线多数据流结构,有些处理器带双核甚至多核cpu。
● 内存容量大,内带或外接大容量的flash和sram,多数32位处理器可直接外接大容量的sdram。
● 硬件功能强大,内置ad/da、pwm、pla等,外带gpio、uart、i2c、spi、can、pci、usb、1394、以太网等接口。
● 支持实时操作系统(windowsce、linux/μclinux、vxworks、μc/os-ii等),以及多功能人机交互式界面。
目前国内比较流行的32位嵌入式处理器有:x86系列、arm、dsp、powerpc等。
1、 x86系列(intel或amd)源自pc机,在嵌入式系统中用到较多的是486、586和pentium cpu,其特点是硬件系统基本上使用标准板(pc104,3.5“或mini-itx单板机),软件开发也很方便,利用pc机平台就可以,且有大量第三方免费软件可以使用,操作系统以dos、windowsce为主。
x86系列主要用在工业控制、医疗设备、无线网络设备、数字多媒体系统、机顶盒等领域。
这里需要特别推荐两款性价比极高且与x86指令兼容的cpu:intel atom(凌动)-主要用在mini-itx中,transmeta crusoe tm5xxx系列- 主要用在pc104中。
2、 arm是英国arm公司设计的ip核,第三方公司购买后设计出内核结构相同、具有各种特色功能的处理器。目前,全世界arm生产商有几百家,国内就有十多家,比较流行的有nxp/philips、samsung、atmel、ti、st、adi等,可参阅本博客中《arm芯片选型简易指南》(阅读原文可立即查看)一文。
arm的主要应用领域有:工业控制、网络通信、数字娱乐和安防监控等。
今后,随着arm性价比不断提高,arm将进入常规8/16位mcu的应用领域,目前已经推出的就有cortex-mx系列arm内核。
3、 dsp原来是专用于数字信号处理的,生产厂商、产品型号都不多,主要有ti的c2000、c5000和c6000系列;ad的 bf5xx(blackfin)、adsp21x(sharc)、tsx0x(tigersharc)系列, motorola/freescale和nec的dsp等,后两个厂家的dsp在国内用的较少。随着dsp功能的不断扩展,特别是近年来国内安防监控技术的高速发展,dsp在嵌入式系统中用得越来越多。
dsp的主要应用领域有:数字语音/图像信号处理(编码压缩、fft、fir)、安防监控(高速球机、dvr)、工业控制(电机控制/变频调速)、军事设备(导航及制导,雷达监测)等。
4、powerpc是由苹果(apple)和imb以及早期的motorola(现在的freescale)组成的联盟(简称为aim)共同设计的微处理器架构,以对抗在市场上占有压倒优势的x86处理器。
在嵌入式系统中使用较多的是motorola/freescale的mpc7x和mpc8x系列。powerpc除了用在苹果和ibm的电脑、工作站外,嵌入式领域主要用在通信、消费电子、军工以及航天等方面。
补充:目前已有集arm和dsp于一体的处理器,如ti omap系列。此外,mcu(单片机)也有32位的,如 microchip的pic32系列,freescale/motorola的mc68k、mmc21x(m-core))、 mcf5x(coldfire)系列等,只是国内用的较少(可能是受arm、dsp比较流行的影响)。

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