考试：嵌入式技术（01）

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嵌入式微处理体系结构

◆冯诺依曼结构

传统计算机采用冯 · 诺依曼 (Von Neumann)结构，也称普林斯顿结构，是一种将程序指令存储器和数据存储器合并在一起的存储器结构。

◆冯 · 诺依曼结构的计算机程序和数据共用一个存储空间，程序指令存储地址和数据存储地址指向同一个存储器的不同物理位置。

◆采用单一的地址及数据总线，程序指令和数据的宽度相同。

◆ 处理器执行指令时，先从储存器中取出指令解码，再取操作数执行运算，即使单条指令也要耗费儿个甚至几十个周期，在高速运算时，在传输通道上会出现瓶颈效应。

◆哈佛结构

哈佛结构是一种并行体系结构，它的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。

◆与两个存储器相对应的是系统中的两套独立的地址总线和数据总线。

◆这种分离的程序总线和数据总线可允许在一个机器周期内同时获取指令字(来自程序存储器)和操作数(来自数据存储器),从而提高了执行速度，使数据的吞吐率提高了1倍。

微处理器的分类

◆根据嵌入式微处理器的字长宽度，可分为4位、8位、16位、32位和64位。一般把16位及以下的称为嵌入式微控制器(Embedded Micro Controller),32位及以上的称为嵌入式微处理器。

◆如果按系统集成度划分，可分为两类：一种是微处理器内部仅包含单纯的中央处理器单元，称为一般用途型微处理器：另一种则是将CPU 、ROM 、RAM及 1/0等部件集成到同一个芯片上，称为单芯片微控制器 (Single Chip

Microcontroller)。

◆如果根据用途分类，一般分为嵌入式微控制器MCU、嵌入式微处理器MPU、嵌入式数字信号处理器DSP、嵌入式片上系统sOC 等。

◆嵌入式微控制器MCU 的典型代表是单片机，其片上外设资源比较丰富，适合于控制。MCU 芯片内部集成ROM/EPROM、RAM、总线、总线逻辑、定时/计数器、看门狗、1/0、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各种必要功能和外设。和嵌入式微处理器相比，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、可靠性提高，其片上外设资源一般较丰富，适合于控制，是嵌入式系统工业的主流。

嵌入式微处理器MPU由通用计算机中的CPU演变而来。它的特征是具有32位以上的处理器，具有较高的性能，当然其价格也相应较高。但与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，去除其他的冗余功能部分，这样就以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求。与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。目前常见的有ARM、MIPS、POWER PC等。

嵌入式数字信号处理器DSP是专门用于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的执行速度。采用哈佛结构，流水线处理，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍。在数字滤波、FFT、谱分析等各种仪器上DSP获得了大规模的应用。

嵌入式片上系统SOC，是追求产品系统最大包容的集成器件。SoC最大的特点是成功实现了软硬件无缝结合，直接在处理器片内嵌入操作系统的代码模块。是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。