嵌入式系统的中嵌入式处理器的分类与选型

摘要：本文简述嵌入式系统的基本概念与构成，然后按硬件与软件两个方面来进行分类，最后描述选型需要关注的几个方面。

关键词：嵌入式系统 分类 选型

中图分类号：TP332 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）06-0078-02

1 概述

所谓嵌入式系统（Embedded System），国际电机工程师协会给过一段定义，原文为：“An Embedded system is the devices used to control、monitor、or assist the operation of equipment、machinery or plants.”是指：“用于控制、监视或者辅助操作机器与设备的装置”。

而中国传统的概念把以应用为中心、以计算机技术为基础、软硬件可以裁剪的专用计算机系统称为嵌入式系统。传统嵌入式系统要求功能、可靠性、成本、体积、功耗都有规范与标准，简单的说，它就是像PC中的BIOS，把软件硬件集于一身，它具有软件小、自动化、速度快的特点，适合多任务与实时的体系。

嵌入式系统的硬件包括，包括处理器/微处理器、存储器、外设器件、I/O端口、图形控制器。嵌入式系统与一般计算机处理系统不同，它没有大容量存储介质，一般是使用eprom、eeprom、flash memory当作存储介质；系统软件包括操作系统软件（OS）与应用程序编程，操作程度在程序编程与硬件中起交互作用，应用程序控制系统的运行与行动。

2 嵌入式系统的分类

由于嵌入式系统由硬件和软件共同组成，所以分类也可以根据硬件和软件两个方面来划分。

2.1 以硬件划分

2.1.1 嵌入式微控制器（Microcontroller Unit，也称MCU）

单片机就属于嵌入式微控制器，单片机机心由ROM（或EPROM）、总线、总线逻辑、定时器（或计数器）、WatchDog、I/O、串行口、脉宽调制输出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等组成，它属于单片式设计，体积小、功耗低、成本小、可靠性高的特点，该类型的品种、数量都是最多的，目前嵌入式系统中，MCU在70年代就已经研制出来，但由于以上的特点，直到现在，它依然占有70%的市场份额。

2.1.2 嵌入式微处理器（Micro Processor Unit，又称MPU）

嵌入式微处理器是根据计算机的CPU演变来的，然而与计算机处理器不同的是，它要求性能高、功耗低、体积小、成本小、重量轻、可靠性高的特点，以满足嵌入式环境下的特殊需求，如ARM系列广泛应用于手机终端，PowerPC系列广泛应用于航空系统。

2.1.3 嵌入式DSP处理器（Embedded Digital Signal Processor，，又称EDSP）

DSP的算法理论在70年代就已经出现，那时还没有专门的DSP处理器，只能用MPU的分立元件实现，然而处理的速度无法满足DSP算法要求，1982年，首枚DSP处理器诞生，它是专门用于处理信号的处理器，以信号处理的特殊要求在系统结构处理、算法上进行专门设计的处理器，它具有很高的编译效果与执行速度的功能。80年代中期，诞生出基于CMOS工艺的DSP处理器，它的储容量和运算速度与前代相比都有飞跃性的提高、现在随着DSP处理器的不断发展，它的集成度更高、应用范围更广。

2.1.4 嵌入片上系统（System On Chip，又称SOC）

嵌入片上系统追求包容性最强的集成器件，它使现了软硬件无缝结合，在处理器片上直接嵌入操作系统的代码模块，因此具有很高的综合性。使用SOC，SOC一般是专用的芯片，它具有系统简洁、体积小、功耗小、可靠性高、生产效率高的特点。

2.2 从软件上划分

2.2.1 实时系统

实时系统是指数据产生时，能以足够快的速度来进行处理，处理的结果能在规定的时间内来控制生产过程与处理系统，让它做出极快的响应。在实时系统中，如果指定的时间没有完成确定的任务，整个系统会全面失败，这被称为硬实时系统，反之，如果在指定的时间内没有完成确定的任务，不会出现致命的错误就被称为软实时系统。

2.2.2 分时系统

分时系统是把时间划为长短基本相同的时间片，操作系统轮流分配给各个作业使用，如果某个作业在时间片结束完成，这个作业被挂起，等下一轮循环再继续使用，分时操作系统具有以下几个特点：多路性，用户通过各自的终端可以同时使用一个系统；及时性，对于提出的要求，系统能在较短的时间内得到响应与处理；独立性，虽然同一时间内可以多个用户使用同一个CPU，但是用户之间操作独立，彼此不干涉。

2.3 嵌入式系统选型

选择自己需要的嵌入式系统，可以从以下几方面进行对比选择。

2.3.1 进入市场时间

产品的进入时间与选择的操作系统有很大的关系，实际的产品与演示的产品不同。一些高效推出的操作系统由于研发时间不够、技术累积不够，导致成本高、核心竞争能力差。比如WinCE操作系统，它就是在windows系统上作一定程度的改变，去掉一些不需要的功能，很快推出产品，结果实用时出现很多问题。

2.3.2 可移植性

通常来说，嵌入式系统的移植性越好，可在在不同平台、不同系统上都能移植，那是处于最理想的状态，然而实际运用中并不能达到这种理想状态，如果过于强调移植性，那么会付出性能优化的代价。

2.3.3 可利用资源

嵌入式系统是以快速、低成本、高效率的推平适合用户需要的一个系统平台，而在这个平台上能使用多少功能，需要使用第三方的产品，因此这个平台上能使用多少第三方的产品是选型的一个重要条件，有些嵌入式系统为了满足高性能、高可靠性的要求，使用比较封闭的操作系统，多数只能使用自己独立

2.3.4 系统定制能力

用户在使用嵌入式操作系统的时候，要求能定制不同的硬件平台，比如会要求能否对系统提出底层的更动要求？能否定制出现能满足自己需要、更有自己特色的系统、能否开放原代码等等。

2.3.5 成本

选择嵌入式操作系统，需要考虑成本的问题，比如一个系统是完全免费的，还是需要支付许可使用费等等，在这个选择中，并不是免费的就是最好的，这要考虑到硬件设计人员的投入、公司的管理、第三方软件的开发及使用，等等方面的问题，最后对成本作一个综合考量。

2.3.6 语言内核支持

语言内核支持指操作系统能使用几种语言操作，比如西文的、中文的，如果是可以使用中文操作，那么它是否支持双字节编码，是只支持简体中文系统还是同时支持繁体系统，同时还要考虑中文输入法与处理系统，语言内核的支持与第三方软件资源的利用有非常重要的联系。

参考文献

[1]曹名扬.从嵌入式系统到片上系统[J].2001北京嵌入式系统及单片机国际学术交流会，2001.

[2]田泽.嵌入式系统开发与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2005.