嵌入式系統的構建

嵌入式系統的硬件構成
1.1. 嵌入式系統硬件
嵌入式系統是以應用為中心，計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功
能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式系統硬件一般包括處
理器、存儲器、外設器件和電源等。
1.1.1. 嵌入式處理器
嵌入式系統的核心部件是各種類型的嵌入式處理器，據不完全統計，到2000 年全世界
嵌入式處理器的品種總量已經超過1000 多種，流行體系結構有30 幾個系列，其中8051 體
系的占有多半。生產8051 單片機的半導體廠家有20 多個，共350 多種衍生產品，僅Philips
就有近100 種。現在幾乎每個半導體制造商都生產嵌入式處理器，越來越多的公司有自己的
處理器設計部門。嵌入式處理器的尋址空間一般從64kB 到16MB，處理速度從0.1 MIPS 到
2000 MIPS，常用封裝從8 個引腳到144 個引腳。根據其現狀，嵌入式計算機可以分成下面
幾類。
1.1.1.1. 嵌入式微處理器(Embedded Microprocessor Unit, EMPU)
嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器裝配在專門設
計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的功能，這樣可以大幅度減小系統體積和功耗。
為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一
樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都做了各種增強。
和工業控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的
優點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件。嵌入式微處
理器及其存儲器、總線、外設等安裝在一塊電路板上，稱為單板計算機。如STD-BUS、PC104
等。近年來，德國、日本的一些公司又開發出了類似“火柴盒”式名片大小的嵌入式計算機
系列OEM 產品，臺灣研華公司也推出了類似的模組化系統SOM（System On Module）。
嵌入式處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM
系列等。
嵌入式微處理器又可分為CISC 和RISC 兩類。大家熟悉的大多數臺式PC 都是使用CISC
微處理器，如Intel 的x86。 RISC 結構體系有兩大主流：Silicon Graphics 公司（硅谷圖形公
司）的MIPS 技術，ARM 公司的Advanced RISC Machines 技術。此外Hitachi（日立公司）
也有自己的一套RISC 技術SuperH。
RISC 和CISC 是目前設計制造微處理器的兩種典型技術，雖然它們都是試圖在體系結
構、操作運行、軟件硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡，以求達到高效
的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，它們主要有：
（1） 指令系統：RISC 設計者把主要精力放在那些經常使用的指令上，盡量使它們具有
簡單高效的特色。對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC 機器
上實現特殊功能時，效率可能較低。但可以利用流水技術和超標量技術加以改進
和彌補。而CISC 計算機的指令系統比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因
此，處理特殊任務效率較高。