<ul id="is4kg"></ul> <abbr id="is4kg"></abbr> <ul id="is4kg"></ul> RISC和CISC是目前設(shè)計(jì)制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然它們都試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運(yùn)行、軟件硬件、編譯時(shí)間和運(yùn)行時(shí)間等諸多因素中做出某種平衡，以求達(dá)到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異較大，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
(1) 指令系統(tǒng)
RISC設(shè)計(jì)者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡(jiǎn)單高效的特色。對(duì)不常用的功能，則通過(guò)組合指令來(lái)完成。因此，在RISC機(jī)器上實(shí)現(xiàn)特殊功能時(shí)，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進(jìn)和彌補(bǔ)。而CISC計(jì)算機(jī)的指令系統(tǒng)比較豐富，有專(zhuān)用指令來(lái)完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)時(shí)的效率較高。
(2) 存儲(chǔ)器操作
RISC對(duì)存儲(chǔ)器操作有限制，使控制簡(jiǎn)單化；而CISC機(jī)器的存儲(chǔ)器操作指令多，操作 直接。
(3) 程序
RISC匯編語(yǔ)言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)特殊功能的程序復(fù)雜，不易設(shè)計(jì)；而CISC匯編語(yǔ)言程序編程相對(duì)簡(jiǎn)單，科學(xué)計(jì)算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計(jì)相對(duì)容易，效率較高。
(4) 中斷
RISC機(jī)器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷；而CISC機(jī)器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后才響應(yīng)中斷。
(5) CPU
RISC CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISC CPU包含豐富的電路單元，因而功能強(qiáng)、面積大、功耗大。
(6) 設(shè)計(jì)周期
RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局緊湊，設(shè)計(jì)周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。
(7) 用戶(hù)使用
RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強(qiáng)大，容易實(shí)現(xiàn)特殊功能。
(8) 應(yīng)用范圍
由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機(jī)器更適合于專(zhuān)用機(jī)；而CISC機(jī)器則更適合于通用機(jī)。
2. 嵌入式微控制器
嵌入式微控制器(Microcontroller Unit，MCU)又稱(chēng)單片機(jī)，顧名思義，就是將整個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一塊芯片中。嵌入式微控制器一般以某一種微處理器內(nèi)核為核心，芯片內(nèi)部集成ROM/EPROM、RAM、Flash、總線、總線邏輯、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調(diào)制輸出、A/D、D/A等各種必要的功能模塊。為適應(yīng)不同的應(yīng)用需求，一般一個(gè)系列的單片機(jī)具有多種衍生產(chǎn)品，每種衍生產(chǎn)品的處理器內(nèi)核都是一樣的，不同之處在于存儲(chǔ)器和外設(shè)的配置及封裝。這樣可以使單片機(jī)最大限度地同應(yīng)用需求相匹配，從而減少功耗和成本。
與嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點(diǎn)是單片化，體積大大減小，從而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系統(tǒng)工業(yè)的主流。微控制器的片上資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱(chēng)為微控制器。
嵌入式微控制器目前的品種和數(shù)量最多，比較有代表性的通用系列包括8051、P51XA、MCS-251、MCS-96/196/296、C166/167、MC68HC05/11/12/16和68300等。另外還有許多半通用系列，如支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540和C541。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70%的市場(chǎng)份額。
特別值得注意的是，近年來(lái)提供x86微處理器的著名廠商AMD公司將AM186CC /CH/CU等嵌入式處理器稱(chēng)之為Microcontroller，Motorola公司把以Power PC為基礎(chǔ)的PPC505和PPC555亦列入單片機(jī)行列。TI公司亦將其TMS320C2XXX系列DSP做為MCU進(jìn)行 推廣。
3. 嵌入式DSP處理器
DSP處理器對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適合于執(zhí)行DSP算法，編譯效率較高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、FFT和譜分析等方面，DSP算法正在大量進(jìn)入嵌入式領(lǐng)域，DSP應(yīng)用正從在通用單片機(jī)中以普通指令實(shí)現(xiàn)DSP功能過(guò)渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個(gè)發(fā)展來(lái)源，一是DSP處理器經(jīng)過(guò)單片化、EMC改造和增加片上外設(shè)成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機(jī)或片上系統(tǒng)(SOC)中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296。
推動(dòng)嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor，EDSP)發(fā)展的一個(gè)重要因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，生物信息識(shí)別終端，帶有加解密算法的鍵盤(pán)，ADSL接入，實(shí)時(shí)語(yǔ)音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實(shí)顯示等。這類(lèi)智能化算法一般都是運(yùn)算量較大，特別是向量運(yùn)算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP處理器的長(zhǎng)處 所在。
嵌入式DSP處理器比較有代表性的產(chǎn)品是Texas Instruments的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。TMS320系列處理器包括用于控制的C2000系列，移動(dòng)通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經(jīng)發(fā)展成為DSP56000、DSP56100、DSP56200和DSP56300等幾個(gè)不同系列的處理器。
DSP的設(shè)計(jì)者們把重點(diǎn)放在了處理連續(xù)的數(shù)據(jù)流上。在嵌入式應(yīng)用中，如果強(qiáng)調(diào)對(duì)連續(xù)的數(shù)據(jù)流的處理及高精度復(fù)雜運(yùn)算，則應(yīng)該選用DSP器件。
4. 嵌入式片上系統(tǒng)
隨著VLSI設(shè)計(jì)的普及化及半導(dǎo)體工藝的迅速發(fā)展，可以在一塊硅片上實(shí)現(xiàn)一個(gè)更為復(fù)雜的系統(tǒng)，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內(nèi)核將作為SOC設(shè)計(jì)公司的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)，和許多其他嵌入式系統(tǒng)外設(shè)一樣，成為VLSI設(shè)計(jì)中一種標(biāo)準(zhǔn)的器件，用標(biāo)準(zhǔn)的VHDL等語(yǔ)言描述，存儲(chǔ)在器件庫(kù)中。用戶(hù)只需定義出整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，仿真通過(guò)后就可以將設(shè)計(jì)圖交給半導(dǎo)體工廠制作樣品。這樣除個(gè)別無(wú)法集成的器件以外，整個(gè)嵌入式系統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應(yīng)用系統(tǒng)電路板將變得很簡(jiǎn)潔，對(duì)于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。
SOC可以分為通用和專(zhuān)用兩類(lèi)。通用系列包括Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專(zhuān)用SOC一般專(zhuān)用于某個(gè)或某類(lèi)系統(tǒng)中，不為一般用戶(hù)所知。一個(gè)有代表性的產(chǎn)品是Philips的SmartXA，它將XA單片機(jī)內(nèi)核和支持超過(guò)2048位復(fù)雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個(gè)可加載Java或C語(yǔ)言的專(zhuān)用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網(wǎng)(如Internet安全)方面。
1.1.2 嵌入式處理器的選擇
針對(duì)各種嵌入式設(shè)備的需求，各個(gè)半導(dǎo)體芯片廠商都投入了很大的精力研發(fā)和生產(chǎn)適用于這些設(shè)備的CPU及協(xié)處理器芯片。用于嵌入式設(shè)備的處理器必須高度緊湊、低功耗和低成本。針對(duì)每一類(lèi)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，開(kāi)發(fā)者對(duì)處理器的選擇都是多種多樣的，掌上電腦就是一例，如表1.1所示。與全球PC市場(chǎng)不同的是，沒(méi)有一種微處理器和微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)，僅以32位的CPU而言，就有100種以上的嵌入式微處理器。由于嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的差異性極大，因此選擇是多樣化的。設(shè)計(jì)者在選擇處理器時(shí)要考慮的主要因素有如下幾個(gè) 方面。
表1.1 部分掌上電腦處理器一覽
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廠家/型號(hào) |
處理器 |
速 度 |
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卡西歐Cassiopeia E-100系列 |
MIPS-based NEC VR4121 |
131MHz |
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康柏Aero 2100系列 |
MIPS-based NEC VR4111 |
70MHz |
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菲利浦Nino 500系列 |
MIPS-based Toshiba PR31700 |
75MHz |
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惠普J(rèn)ornada 400系列 |
Hitachi SH-3 7709a |
100MHz/133MHz |
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3Com PalmPilotTM系列 |
Motorola DragonBall 68VZ328 |
33MHz |
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蘋(píng)果MessagePad 2000/2100 Intel |
Intel StrongARM SA-110 |
160MHz |
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康柏iPAQ H3650Intel |
Intel StrongARM SA-1110 |
206MHz |
(1) 調(diào)查市場(chǎng)上已有的CPU供應(yīng)商
有些公司(如Motorola、Intel、AMD)很有名氣，而有一些小的公司(如QED)雖然名氣很小，但也能生產(chǎn)很優(yōu)秀的微處理器。另外，有一些公司，如ARM、MIPS等，只設(shè)計(jì)但并不生產(chǎn)CPU，他們把生產(chǎn)權(quán)授予世界各地的半導(dǎo)體制造商。ARM是另外一種近年來(lái)在嵌入式系統(tǒng)中有影響力的微處理器制造商，ARM的設(shè)計(jì)非常適合于小的電源供電系統(tǒng)。Apple在Newton手持計(jì)算機(jī)中使用ARM，另外有幾款數(shù)字無(wú)線電話也在使用ARM。
(2) 處理器的處理速度
一個(gè)處理器的性能取決于多個(gè)方面的因素：時(shí)鐘頻率，內(nèi)部寄存器的大小，指令是否對(duì)等處理所有的寄存器等。對(duì)于許多需用處理器的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，目標(biāo)不是在于挑選速度最快的處理器，而是在于選取能夠完成作業(yè)的處理器和I/O子系統(tǒng)。如果你的設(shè)計(jì)是面向高性能的應(yīng)用，那么建議你考慮某些新的處理器，其價(jià)格極為低廉，如IBM和Motorola的Power PC。以前Intel的i960是銷(xiāo)售極好的RISC高性能芯片，但是最近幾年卻遇到強(qiáng)勁的對(duì)手，讓位于MIPS、SH以及后起之秀ARM。
(3) 技術(shù)指標(biāo)
當(dāng)前，許多嵌入式處理器都集成了外圍設(shè)備的功能，從而減少了芯片的數(shù)量，進(jìn)而降低了整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)費(fèi)用。開(kāi)發(fā)人員首先考慮的是，系統(tǒng)所要求的一些硬件能否無(wú)需過(guò)多的膠合邏輯(Glue Logic)就可以連接到處理器上。其次是考慮該處理器的一些支持芯片，如DMA控制器、內(nèi)存管理器、中斷控制器、串行設(shè)備、時(shí)鐘等的配套。
(4) 處理器的低功耗
嵌入式微處理器最大并且增長(zhǎng)最快的市場(chǎng)是手持設(shè)備、電子記事本、PDA、手機(jī)、GPS導(dǎo)航器、智能家電等消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品，這些產(chǎn)品中選購(gòu)的微處理器典型的特點(diǎn)是要求高性能、低功耗。許多CPU生產(chǎn)廠家已經(jīng)進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域。
(5) 處理器的軟件支持
若僅有一個(gè)處理器，沒(méi)有較好的軟件開(kāi)發(fā)工具的支持，也是不行的，因此選擇合適的軟件開(kāi)發(fā)工具對(duì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)會(huì)起到很好的作用。
成數(shù)據(jù)的訪問(wèn)和刷新，即以同一個(gè)周期、相同的速度同步地工作，因而可以與系統(tǒng)總線以同頻率工作，可大大提高數(shù)據(jù)傳