嵌入式CPU笔记

CPU分为MPU、MCU、DSP三类

最早的CPU是一个比房子还大的装满电子管、电阻、电容等元器件的箱子，技术的提高和市场需求的增加使得CPU体积越来越小，当利用超大规模集成电路技术把CPU做到一片或几片芯片里时就成了微机中的中央处理器微处理器（MPU），MPU体积小、重量轻、功耗低、容易模块化，是个人计算机和高端工作站的核心CPU，可将其理解为增强版CPU。

如果将MPU与RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，就形成芯片级的芯片-微控制器（MCU），由于是集成在一片芯片上，所以又被称为单片机，MCU适合不同信息源的多种数据的处理诊断和运算，侧重于控制，通用性高。

数字信号处理器（DSP）擅长数据运算，速度比MCU快。DSP与MCU的结合是DSC，它终将取代这两种芯片。

嵌入式系统是什么？

嵌入式系统是指以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统，

嵌入式计算机系统的技术要求则是智能化控制，技术发展方向是与对象系统密切相关的潜入性能、控制能力与控制的可靠性不断提高。

根据系统的不同，微处理器也分为通用式和嵌入式两类

通用微处理器一般指的是服务器用和桌面计算用CPU芯片，嵌入式微处理器是由通用计算机中的CPU演变而来，不同之处在于嵌入式微处理器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，以最低的功耗和资源实现嵌入式应用的特殊要求，具有32位以上的处理器和较高的性能。

主要特点：1.支持实时的多任务2.存储区保护强3.处理器结构可扩展4.功耗低。

分类：包括嵌入式微控制器（EMCU）、嵌入式微处理器（EMPU）、嵌入式DSP（EDSP）、嵌入式片上系统（ESoC）四大类。

ESoC（嵌入式SoC）

SoC是系统级芯片，即在单个芯片上集成一个完整的系统（包含完整系统并嵌有软件的全部内容），因此也被称为片上系统，是追求产品系统最大包容的集成器件，当SoC在嵌入式系统中应用时便成为嵌入式SoC。

嵌入式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，具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，实现一个复杂的系统，用户只需要使用精确的语言，综合时序设计直接在器件库中调用各种通用处理器的标准，然后通过仿真之后就可以直接交付芯片厂商进行生产。由于绝大部分系统构件都是在系统内部，整个系统就特别简洁，不仅减小了系统的体积和功耗，而且提高的系统的可靠性，提高了设计生产效率。SoC往往是专用的，在声音、图像、影视、网络及系统逻辑等应用领域中发挥重要作用。

微架构与指令集

CPU执行计算任务时都需要遵从一定的规范，这种规范或语言就是指令集，它是一套具体的编码指令，而微架构是指令集具体的物理实现方式，即CPU“接受和处理信号的方式”，规模庞大的厂商在设计指令集时就研发出了对应的微架构，因此两者使用的代号相同，如Intel公司的X86既可以指X86指令集，又可以指X86架构。不同的公司即使基于相同的指令集，其实现方式也可能是大相庭径，通俗点讲就是：用不同的方法达到相同的目的，那么谁快谁好谁优谁劣就取决于谁采用的方式（微架构）好了，因此指令集不是独立研发的关键，只有具备独立的微架构研发能力的企业才算具备了CPU研发能力。

下表针对主要类指令集架构进行介绍：

目前比较火指令集的还有RISC-V，以开源架构的名义吸引了很多注意力，但硬件开源不同于软件开源，因为它会涉及到巨大的线下成本，纠错成本极高，无法实现快速版本更新和重新部署，并缺指令集-IP核-SoC的超长产品设计周期也使得其对于商业公司来说风险极高。