嵌入式處理器的種類：

嵌入式微控制器

嵌入式微處理器

嵌入式DSP處理器

嵌入式片上系統(tǒng)（SOC）

FPGA處理器

嵌入式微處理器的主要類別：

Power PC, 68000, MIPS, ARM

ARM, MIPS, Power PC的比較 （摘自某論壇）：

“ARM面向的低端消費(fèi)類市場，拼的是功耗；PowerPC面向的是中高端市場，比的是性能，好像還沒看到誰的手機(jī)是PowerPC的，也沒有看到誰家企業(yè)級以上的交換機(jī)是用ARM做的。如果說ARM跟MIPS有得比拼倒還現(xiàn)實(shí)些?！?/p>

“ARM跟MIPS有相同的定位，MIPS也有很多用于消費(fèi)電子的處理器?！?/p>

“MIPS的主要立足點(diǎn)是性能，而ARM好象更多是偏向于低功耗。”

“很多SOC的核都是MIPS的，比如有無線AP的SOC就是用MIPS的?！?/p>

“ARM 和PowerPC 在功能和層次上有較大差別，面向的領(lǐng)域不同，但是Power作為一種體系結(jié)構(gòu)也開始向嵌入式領(lǐng)域擴(kuò)散了，IBM，F(xiàn)reescale等公司為首成立的PowerPC聯(lián)盟就開始做這方面的工作，但是我看PowerPC 的結(jié)構(gòu)在尤其在功耗方面的束縛可能導(dǎo)致其在嵌入式領(lǐng)域沒有如ARM那樣大的伸縮性。MIPS則在很多方面和ARM正面競爭，在性能方面互有優(yōu)劣。單純從處理器體系結(jié)構(gòu)的角度來講，他們只有設(shè)計(jì)理念的差別，沒有好壞的區(qū)別?！?/p>

“PowerPC在是嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用也是在中高端的吧，不在消費(fèi)領(lǐng)域，比如企業(yè)級以上的交換機(jī)，大機(jī)架上鏟平，對功耗應(yīng)該是考慮次要的，這類產(chǎn)品都是由單獨(dú)的AC/DC的電源，而且機(jī)箱中一般都有風(fēng)扇。所以功耗應(yīng)該不是問題。而MIPS的嵌入產(chǎn)品，既有面向高端的,比如Cavium的MIPS多核處理器，攜帶2-4個(gè)1Giga的以太控制器，也有消費(fèi)類的,如基于MIPS4K核的SOC。我知道的ARM都是面向消費(fèi)電子的，不知道是否也有高端的?！?/p>

ARM在消費(fèi)品領(lǐng)域的優(yōu)勢非常明顯，如此流行的原因我認(rèn)為有三個(gè)方面：

價(jià)格便宜

配套IP完備

集成使用方便

至于性能和低功耗方面，ARM要弱于PowerPC。Power系列的芯片主要用于交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)處理器、及sony的游戲機(jī)等應(yīng)用上，這類的應(yīng)用場合對處理器的性能要求非常強(qiáng)烈，ARM難以勝任ARM和MIPS在消費(fèi)領(lǐng)域存在著競爭，MIPS陣營的產(chǎn)品在功耗和面積上具有優(yōu)勢，但MIPS提供的開發(fā)工具不如ARM便捷。
ARM的內(nèi)核種類

先來看一張表

1．ARM7處理器

ARM7處理器采用了ARMV4T（馮?諾依曼）體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié)構(gòu)將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起。主要特點(diǎn)就是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同一個(gè)存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。這樣，處理器在執(zhí)行指令時(shí)，必須先從存儲器中取出指令進(jìn)行譯碼，再取操作數(shù)執(zhí)行運(yùn)算。

總體來說ARM7體系結(jié)構(gòu)具有三級流水、空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù)Cache、平均功耗為0.6mW/MHz、時(shí)鐘速度為66MHz、每條指令平均執(zhí)行1.9個(gè)時(shí)鐘周期等特性。其中ARM710，ARM720和ARM740為內(nèi)帶Cache的ARM核。ARM7指令集同Thumb指令集擴(kuò)展組合在一起，可以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí)，它還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并用一個(gè)DSP增強(qiáng)擴(kuò)展來改進(jìn)性能。

ARM7體系結(jié)構(gòu)是小型、快速、低能耗、集成式的RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動器等，目前主流的ARM7內(nèi)核ARM7TDMI，ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T?，F(xiàn)在市場上用得最多的ARM7處理器有Samsung公司的S3C44BOX與S3C4510處理器、Atmel公司的AT91FR40162系列處理器、Cirrus公司的EP73xx系列等。通常來說前兩三年大部分手機(jī)基帶部分的應(yīng)用處理器基本上都以ARM7為主。還有很多的通信模塊，如CDMA模塊、GPRS模塊和GPS模塊中都含有ARM7處理器。

2．ARM9、ARM9E處理器

ARM9處理器采用ARMV4T（哈佛）體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)，是一種并行體系結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。它們是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲器，每個(gè)存儲器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。與兩個(gè)存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中的4套總線，程序的數(shù)據(jù)總線和地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線和地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字和操作數(shù)，從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐量提高了一倍。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個(gè)分開的物理空間中，因而取指和執(zhí)行能完全重疊。

ARM9采用五級流水處理及分離的Cache結(jié)構(gòu)，平均功耗為0.7mW/MHz。時(shí)鐘速度為120MHz~200MHz，每條指令平均執(zhí)行1.5個(gè)時(shí)鐘周期。與ARM7處理器系列相似，其中的ARM920、ARM940和ARM9E處理器均為含有Cache的CPU核，性能為132MIPS（120MHz時(shí)鐘，3.3V供電）或220MIPS（200MHz時(shí)鐘）。ARM9處理器同時(shí)也配備Thumb指令擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能是ARM7TDMI處理器的兩倍之多。常用于無線設(shè)備、儀器儀表、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、機(jī)頂盒設(shè)備、高端打印機(jī)及數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用中。

ARM9E內(nèi)核是在ARM9內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了緊密耦合存儲器TCM及DSP部分。目前主流的ARM9內(nèi)核是ARM920T、ARM922T、ARM940。相關(guān)的處理器芯片有Samsung公司的S3C2510、Cirrus公司的EP93xx系列等。主流的ARM9E內(nèi)核是ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S等。目前市場上常見的PDA，比如說PocketPC中一般都是用ARM9處理器，其中以Samsung公司的S3C2410處理器居多。

3．ARM10E處理器

ARM10E處理器采用ARMVST體系結(jié)構(gòu)，可以分為六級流水處理，采用指令與數(shù)據(jù)分離的Cache結(jié)構(gòu)，平均功耗1000mW，時(shí)鐘速度為300MHz，每條指令平均執(zhí)行1.2個(gè)時(shí)鐘周期。

ARM10TDMI與所有ARM核在二進(jìn)制級代碼中兼容，內(nèi)帶高速32×16 MAC，預(yù)留DSP協(xié)處理器接口。其中的VFP10（向量浮點(diǎn)單元）為七級流水結(jié)構(gòu)。其中的ARM1020T處理器則是由ARMl0TDMI、32KB指令、數(shù)據(jù)Caches及MMU部分構(gòu)成的。其系統(tǒng)時(shí)鐘高達(dá)300MHz時(shí)鐘，指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分別為32KB，數(shù)據(jù)寬度為64位，能夠支持多種商用操作系統(tǒng)，適用于下一代高性能手持式因特網(wǎng)設(shè)備及數(shù)字式消費(fèi)類應(yīng)用。主流的ARM10內(nèi)核是ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S等。

4．SecurCore處理器

SecurCore系列處理器提供了基于高性能的32位RISC技術(shù)的安全解決方案，該系列處理器具有體積小、功耗低、代碼密度大和性能高等特點(diǎn)。另外最為特別的就是該系列處理器提供了安全解決方案的支持。采用軟內(nèi)核技術(shù)，以提供最大限度的靈活性，以及防止外部對其進(jìn)行掃描探測，提供面向智能卡的和低成本的存儲保護(hù)單元MPU，可以靈活地集成用戶自己的安全特性和其他的協(xié)處理器，目前含有SC100、SC110、SC200、SC210 4種產(chǎn)品。

5．StrongARM處理器

StrongARM處理器采用ARMV4T的五級流水體系結(jié)構(gòu)。目前有SA110、SA1100、SA1110等3個(gè)版本。另外Intel公司的基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的XScale PXA27x系列處理器，與StrongARM相比增加了I/D Cache，并且加入了部分DSP功能，更適合于移動多媒體應(yīng)用。目前市場上的大部分智能手機(jī)的核心處理器就是XScale系列處理器。

6．ARM11處理器

ARM11處理器系列可以在使用130nm代工廠技術(shù)、小至2.2mm2芯片面積和低至0.24mW/MHz的前提下達(dá)到高達(dá)500MHz的性能表現(xiàn)。ARM11處理器系列以眾多消費(fèi)產(chǎn)品市場為目標(biāo)，推出了許多新的技術(shù)，包括針對媒體處理的SIMD，用以提高安全性能的TrustZone技術(shù)，智能能源管理（IEM），以及需要非常高的、可升級的超過2600 Dhrystone 2.1 MIPS 性能的系統(tǒng)多處理技術(shù)。主要的ARM11處理器有ARM1136JF-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11 MCORE等多種。

ARM系列處理器的選型

器件的選擇歸根結(jié)底是為嵌入式系統(tǒng)選擇合適的處理器芯片。ARM處理器是最常見的嵌入式處理器之一，它以低功耗、低成本和高性能而深受業(yè)界的青睞。而且ARM是目前產(chǎn)業(yè)中資源最為廣泛的嵌入式處理器，基于廣大的ARM合作伙伴計(jì)劃，開發(fā)者可以在這個(gè)聯(lián)盟里尋求到各種自己意想不到的幫助。從圖2給出了常見的ARM處理器的架構(gòu)和支持的操作系統(tǒng)。目前在業(yè)內(nèi)廣為人知的ARM處理器主要有ARM7系列和ARM9系列，同時(shí)為了關(guān)注今后嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，也有必要了解一下最新的ARM11和ARM Cotex系列處理器。

ARM7 系列

ARM7TDMI是ARM7系列中使用最廣泛的，它是從最早實(shí)現(xiàn)32位地址空間編程模式的ARM6內(nèi)核發(fā)展而來的，并增加了64位乘法指令，支持片上調(diào)試、16位Thumb指令集和EmbeddedICE觀察點(diǎn)硬件。ARM7TDMI屬于ARM v4體系結(jié)構(gòu)，采用馮諾伊曼結(jié)構(gòu)，3級流水處理，平均0.9DMIPs/Mhz性能。不過ARM7TDMI沒有MMU（Memory Management Unit）和Cache，所以僅支持那些不需要MMU和Cahce的小型實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如VxWorks、uC/OS-II和uLinux等RTOS。其他的ARM7系列內(nèi)核還有ARM720T和ARM7E-S等。

ARM9 系列

ARM9TDMI相比ARM7TDMI，將流水級數(shù)提高到5級從而增加了處理器的時(shí)鐘頻率，并使用指令和數(shù)據(jù)存儲器分開的哈佛結(jié)構(gòu)以改善CPI和提高處理器性能，平均可達(dá)1.1DMIPs/Mhz，但是ARM9TDMI仍屬于ARM v4T體系結(jié)構(gòu)。在ARM9TDMI基礎(chǔ)上又有ARM920T、ARM940T和ARM922T，其中ARM940T增加了MPU（Memory Protect Unit）和Cache；ARM920T和ARM922T加入了MMU、Cache和ETM9（方便進(jìn)行CPU實(shí)時(shí)trace），從而更好的支持象Linux和WinCE這樣的多線程、多任務(wù)操作系統(tǒng)。

ARM9E 系列

ARM9E系列屬于ARM v5TE，在ARM9TDMI的基礎(chǔ)上增加了DSP擴(kuò)展指令，是可綜合內(nèi)核，主要有ARM968E-S、ARM966E-S、ARM946E-S和ARM926EJ-S（v5TEJ指令體系，增加了Java指令擴(kuò)展），其中ARM926EJ-S是最具代表性的。通過DSP和Java的指令擴(kuò)展，可獲得70％的DSP處理能力和8x的Java處理性能提升。另外分開的指令和數(shù)據(jù)Cache結(jié)構(gòu)進(jìn)一步提升了軟件性能；指令和數(shù)據(jù)TCM（Tightly Couple Memory：緊耦合存儲器）接口支持零等待訪問存儲器；雙AMBA AHB總線接口等。ARM926EJ-S可達(dá)250Mhz以上的處理速度，很好地支持Symbian OS、Linux、Windows CE和Palm OS等主流操作系統(tǒng)。

ARM11 系列

ARM11系列主要有ARM1136、ARM1156、ARM1176和ARM11 MP-Core等，它們都是v6體系結(jié)構(gòu)，相比v5系列增加了SIMD多媒體指令，獲得1.75x多媒體處理能力的提升。另外，除了ARM1136外，其他的處理器都支持AMBA3.0-AXI總線。ARM11系列內(nèi)核最高的處理速度可達(dá)500Mhz以上（其中90nm工藝下，ARM1176可達(dá)到750Mhz）以及600DMIPS的性能。

基于ARMv6架構(gòu)的ARM11系列處理器是根據(jù)下一代的消費(fèi)類電子、無線設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和汽車電子產(chǎn)品等需求而制定的。其的媒體處理能力和低功耗特點(diǎn)使它特別適合于無線和消費(fèi)類電子產(chǎn)品；其高數(shù)據(jù)吞吐量和高性能的結(jié)合非常適合網(wǎng)絡(luò)處理應(yīng)用；另外，在實(shí)時(shí)性能和浮點(diǎn)處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應(yīng)用的需求。

ARM Cotex 系列

Cortex系列是ARM公司目前最新內(nèi)核系列，屬于v7架構(gòu)，主要有Cortex-A8、Cortex-R4、Cortex-M3和Cortex-M1等處理器，其中A8是面向高性能的應(yīng)用處理器，最高可達(dá)1Ghz的處理速度，更好的支持多媒體及其他高性能要求，最高可達(dá)2000DMIPS；R4主要面向嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域（Real-Time），7級流水結(jié)構(gòu)，相對于上代ARM1156內(nèi)核，R4在性能、功耗和面積（PPA：Performance，Power and Area）取得更好的平衡，>1.5DMIPS/Mhz和高于400Mhz的處理速度。而M3主要是面向低成本和高性能的MCU應(yīng)用領(lǐng)域，相比ARM7TDMI，M3面積更小，功耗更低，性能更高。Cortex-M3處理器的核心是基于哈佛架構(gòu)的3級流水線內(nèi)核，該內(nèi)核集成了分支預(yù)測，單周期乘法，硬件除法等眾多功能強(qiáng)大的特性，使其在Dhrystone benchmark上具有出色的表現(xiàn)（1.25 DMIPS/MHz）。根據(jù)Dhrystone benchmark的測評結(jié)果，采用新的Thumb.-2指令集架構(gòu)的Cortex-M3處理器，與執(zhí)行Thumb指令的ARM7TDMI-S.處理器相比，每兆赫的效率提高了70%，與執(zhí)行ARM指令的ARM7TDMI-S處理器相比，效率提高了35%。

目前已經(jīng)有Cortex系列內(nèi)嵌的產(chǎn)品問世，如TI公司推出的基于Cortex-A8內(nèi)核的OMAP3430，TI、ST和Luminary也推出了基于Cortex-M3內(nèi)核的低成本高性能32位MCU，更多詳情請登陸這些公司的主頁查詢。