計算機控制系統(tǒng)及技術課程設計--嵌入式處理器技術及其應用發(fā)展

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　( 2010 -- 2011 年度 第 2 學期)</p><p>　　名 稱： 計算機控制系統(tǒng) </p><p>　　題 目： 嵌入式處理器技術及其應用發(fā)展 </p><p>　　院 系：

2、 </p><p>　　班 級： </p><p>　　學 號： </p><p>　　學生姓名： </p><p>　　指導教師：

3、 </p><p>　　設計周數： </p><p>　　成 績： </p><p>　　日期： 年 月 日</p><p>　　《計算機控制系統(tǒng)》課程設計</p><p><b>　

4、　任 務 書</b></p><p><b>　　一、目的與要求</b></p><p>　　1．通過本課程設計教學環(huán)節(jié)，使學生加深對所學課程內容的理解和掌握；</p><p>　　2．結合工程問題，培養(yǎng)提高學生查閱文獻、相關資料以及組織素材的能力；</p><p>　　3．培養(yǎng)鍛煉學生結合工程問題獨立分

5、析思考和解決問題的能力；</p><p>　　4．要求學生能夠運用所學課程的基本理論和設計方法，根據工程問題和實際應用方案的要求，進行方案的總體設計和分析評估；</p><p>　　5.報告原則上要求依據相應工程技術規(guī)范進行設計、制圖、分析和撰寫等。</p><p><b>　　二、主要內容</b></p><p>　　

6、1、數字控制算法分析設計；</p><p>　　2、現(xiàn)代控制理論算法分析設計</p><p>　　3、模糊控制理論算法分析設計</p><p>　　4、過程數字控制系統(tǒng)方案分析設計；</p><p>　　5、微機硬件應用接口電路設計；</p><p>　　6、微機應用裝置硬件電路、軟件方案設計；</p>

7、<p>　　7、數字控制系統(tǒng)I/O通道方案設計與實現(xiàn)；</p><p>　　8、PLC應用控制方案分析與設計；</p><p>　　9、數據通信接口電路硬軟件方案設計與性能分析；</p><p>　　10、現(xiàn)場總線控制技術應用方案設計；</p><p>　　11、數控系統(tǒng)中模擬量過程參數的檢測與數字處理方法；</p>

8、<p>　　12、基于嵌入式處理器技術的應用方案設計</p><p>　　13、計算機控制系統(tǒng)抗干擾技術與安全可靠性措施分析設計</p><p>　　14、計算機控制系統(tǒng)差錯控制技術分析設計</p><p>　　15、計算機控制系統(tǒng)容錯技術分析設計</p><p>　　16、工程過程建模方法分析</p><p&g

9、t;<b>　　三、進度計劃</b></p><p><b>　　四、設計成果要求</b></p><p>　　1．針對所選題目的國內外應用發(fā)展概述；</p><p>　　2．課程設計正文內容，包括設計方案、硬件電路和軟件流程，以及綜述、分析等；</p><p>　　3．課程設計總結或結論以及參考文

10、獻；</p><p>　　4．要求設計報告規(guī)范完整。</p><p><b>　　五、考核方式</b></p><p>　　《計算機控制系統(tǒng)》課程設計成績評定依據如下：</p><p>　　1．撰寫的課程設計報告；</p><p>　　2．獨立工作能力及設計過程的表現(xiàn)；</p>&l

11、t;p>　　3．答辯時回答問題情況。</p><p>　　成績以五級分制綜合評定分為優(yōu)、良、中、及格、不及格五個等級。</p><p><b>　　指導教師：</b></p><p><b>　　學生姓名：</b></p><p><b>　　年 月 日</b><

12、;/p><p><b>　　一、目的與要求</b></p><p>　　1．通過本課程設計教學環(huán)節(jié)，使學生加深對所學課程內容的理解和掌握；</p><p>　　2．結合工程問題，培養(yǎng)提高學生查閱文獻、相關資料以及組織素材的能力；</p><p>　　3．培養(yǎng)鍛煉學生結合工程問題獨立分析思考和解決問題的能力；</p>

13、;<p>　　4．要求學生能夠運用所學課程的基本理論和設計方法，根據工程問題和實際應用方案的要求，進行方案的總體設計和分析評估；</p><p>　　5. 報告原則上要求依據相應工程技術規(guī)范進行設計、制圖、分析和撰寫等。</p><p><b>　　二、設計正文</b></p><p><b>　　1嵌入式處理器技術&l

14、t;/b></p><p>　　嵌入式處理器是用在計算機之外的設備中提供添加的功能性的計算機芯片，它經常用于控制和監(jiān)控領域。嵌入式處理器是嵌入式系統(tǒng)的核心，是控制、輔助系統(tǒng)運行的硬件單元。范圍極其廣闊，從最初的４位處理器，目前仍在大規(guī)模應用的８位單片機，到最新的受到廣泛青睞的32位、64位嵌入式CPU。</p><p>　　目前世界上具有嵌入式功能特點的處理器已經超過1000種，流行

15、體系結構包括MCU，MPU等30多個系列。鑒于嵌入式系統(tǒng)廣闊的發(fā)展前景，很多半導體制造商都大規(guī)模生產嵌入式處理器，并且公司自主設計處理器也已經成為了未來嵌入式領域的一大趨勢，其中從單片機、DSP到FPGA有著各式各樣的品種，速度越來越快，性能越來越強，價格也越來越低。目前嵌入式處理器的尋址空間可以從64kB到16MB，處理速度最快可以達到2000 MIPS，封裝從8個引腳到144個引腳不等。根據嵌入式處理器的使用特點可以將其分為事務密集

16、型和計算機密集型兩種。按照任務特點可以將其分為通用型和專用型兩種。按照運算數據寬度可以分為5種。</p><p>　　根據運算數據寬度對嵌入式處理器的分類</p><p>　　嵌入式處理器，由于運算速度和吞吐量等級費不同，其應用場合也不同。</p><p>　　各種不同等級的嵌入式系統(tǒng)處理器用用產品</p><p>　　嵌入式處理器根據面向應

17、用的不同特點可以分為以下4種：</p><p>　　嵌入式微處理器（Embedded Microcontroller Unit, EMPU）</p><p>　　嵌入式微控制器(Microcontroller Unit, MCU)</p><p>　　嵌入式DSP處理器(Embedded Digital Signal Processor, EDSP) </p

18、><p>　　嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip) </p><p><b>　　1.1處理器的分類</b></p><p>　　1.1.1嵌入式微處理器（Embedded Microcontroller Unit, EMPU）</p><p>　　嵌入式微處理器的基礎是通用計算機中的CPU。在應用中，將微處理器

19、裝配在專門設計的電路板上，只保留和嵌入式應用有關的母板功能，這樣可以大幅度減小系統(tǒng)體積和功耗。為了滿足嵌入式應用的特殊要求，嵌入式微處理器雖然在功能上和標準微處理器基本是一樣的，但在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面一般都作了各種增強。和工業(yè)控制計算機相比，嵌入式微處理器具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高的優(yōu)點，但是在電路板上必須包括ROM、RAM、總線接口、各種外設等器件，從而降低了系統(tǒng)的可靠性，技術保密性也較差。</p>

20、;<p>　　嵌入式微處理器及其存儲器、總線、外設等安裝在1塊電路板上，稱為單板計算機，如STD-BUS、PC104等。近年來，德國、日本的一些公司又開發(fā)出了“火柴盒”式名片大小的嵌入式計算機系列OEM產品。臺灣研華公司也推出了類似的模組化系統(tǒng)SOM（System On Module）。嵌入式微處理器目前主要有Am186/88、386EX、SC-400、Power PC、68000、MIPS、ARM等系列。</p&g

21、t;<p>　　嵌入式微處理器又可分為CISC、RISC兩類。大家熟悉的臺式PC大多數都是使用CISC微處理器，如Intel的X86.RISC結構體系有兩主流：Silicon Graphics公司（硅谷圖形公司）的MIPS技術和ARM公司的Advanced RISC Machines技術。此外Hitachi（日立公司）也有自己的一套RISC技術SuperH。</p><p>　　1.1.2嵌入式微控

22、制器(Microcontroller Unit, MCU)</p><p>　　嵌入式微控制器又稱單片機，顧名思義，就是將整個計算機系統(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核為核心，芯片內部集成ROM/EPROM、RAM、總線、總線邏輯、定時/計數器、WatchDog、I/O、串行口、脈寬調制輸出、A/D、D/A、Flash RAM、EEPROM等各種必要功能和外設。為適應不同的應用需求，一般一

23、個系列的單片機具有多種衍生產品，每種衍生產品的處理器內核都是一樣的，不同的是存儲器和外設的配置及封裝。這樣可以使單片機最大限度地和應用需求相匹配，功能不多不少，從而減少功耗和成本。 </p><p>　　和嵌入式微處理器相比，微控制器的最大特點是單片化，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。微控制器的片上外設資源一般比較豐富，適合于控制，因此稱微控制器。 </p

24、><p>　　嵌入式微控制器目前的品種和數量最多，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、68300等。另外還有許多半通用系列如：支持USB接口的MCU 8XC930/931、C540、C541；支持I2C、CAN-Bus、LCD及眾多專用MCU和兼容系列。目前MCU占嵌入式系統(tǒng)約70％的市場份額。 </

25、p><p>　　特別值得注意的是近年來提供X86微處理器的著名廠商AMD公司，將Am186CC/CH/CU等嵌入式處理器稱之為Microcontroller, MOTOROLA公司把以Power PC為基礎的PPC505和PPC555亦列入單片機行列。TI公司亦將其TMS320C2XXX系列DSP做為MCU進行推廣。 </p><p>　　1.1.3嵌入式DSP處理器(Embedded Dig

26、ital Signal Processor, EDSP) </p><p>　　DSP處理器對系統(tǒng)結構和指令進行了特殊設計，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。在數字濾波、FFT、譜分析等方面DSP算法正在大量進入嵌入式領域，DSP應用正從在通用單片機中以普通指令實現(xiàn)DSP功能，過渡到采用嵌入式DSP處理器。嵌入式DSP處理器有兩個發(fā)展來源，一是DSP處理器經過單片化、EMC改造、增加片

27、上外設成為嵌入式DSP處理器，TI的TMS320C2000/C5000等屬于此范疇；二是在通用單片機或SOC中增加DSP協(xié)處理器，例如Intel的MCS-296和Infineon(Siemens)的TriCore。 </p><p>　　推動嵌入式DSP處理器發(fā)展的另一個因素是嵌入式系統(tǒng)的智能化，例如各種帶有智能邏輯的消費類產品，生物信息識別終端，帶有加解密算法的鍵盤，ADSL接入、實時語音壓解系統(tǒng)，虛擬現(xiàn)實顯示

28、等。這類智能化算法一般都是運算量較大，特別是向量運算、指針線性尋址等較多，而這些正是DSP處理器的長處所在。 </p><p>　　嵌入式DSP處理器比較有代表性的產品是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，移動通信的C5000系列，以及性能更高的C6000和C8000系列。DSP56000目前已經發(fā)展成

29、為DSP56000，DSP56100，DSP56200和DSP56300等幾個不同系列的處理器。另外PHILIPS公司今年也推出了基于可重置嵌入式DSP結構低成本、低功耗技術上制造的R. E. A. L DSP處理器，特點是具備雙Harvard結構和雙乘/累加單元，應用目標是大批量消費類產品。 </p><p>　　1.1.4嵌入式片上系統(tǒng)(System On Chip) </p><p>

30、;　　隨著EDI的推廣和VLSI設計的普及化，及半導體工藝的迅速發(fā)展，在一個硅片上實現(xiàn)一個更為復雜的系統(tǒng)的時代已來臨，這就是System On Chip(SOC)。各種通用處理器內核將作為SOC設計公司的標準庫，和許多其它嵌入式系統(tǒng)外設一樣，成為VLSI設計中一種標準的器件，用標準的VHDL等語言描述，存儲在器件庫中。用戶只需定義出其整個應用系統(tǒng)，仿真通過后就可以將設計圖交給半導體工廠制作樣品。這樣除個別無法集成的器件以外，整個嵌入式系

31、統(tǒng)大部分均可集成到一塊或幾塊芯片中去，應用系統(tǒng)電路板將變得很簡潔，對于減小體積和功耗、提高可靠性非常有利。 </p><p>　　SOC可以分為通用和專用兩類。通用系列包括Infineon(Siemens)的TriCore，Motorola的M-Core，某些ARM系列器件，Echelon和Motorola聯(lián)合研制的Neuron芯片等。專用SOC一般專用于某個或某類系統(tǒng)中，不為一般用戶所知。一個有代表性的產品是P

32、hilips的Smart XA，它將XA單片機內核和支持超過2048位復雜RSA算法的CCU單元制作在一塊硅片上，形成一個可加載JAVA或C語言的專用的SOC，可用于公眾互聯(lián)網如Internet安全方面。</p><p>　　2 嵌入式處理器的體系結構</p><p>　　傳統(tǒng)的復雜指令集計算機（Complex Instruction Set Computer,CISC）結構有其固有的缺點

33、，即隨著計算機技術的發(fā)展而不斷引入新的復雜的指令集，為支持這些新增的指令，計算機的體系結構會越來越復雜。然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%，顯然，這種結構不太合理。</p><p>　　基于以上的不合理性，1979年，美國加州大學伯克利分校提出精簡指令集計算機(Riduced Instruction Set Computer，RISC)的概念。RISC并非只是簡單地減少指令，而

34、是著重考慮如何使計算機的結構更加簡單合理從而提高運算速度。RISC結構優(yōu)先選取使用頻率最高的簡單指令，避免復雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋址方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施開達到上述目的。</p><p>　　雖然RISC和CISC都試圖在體系結構、操作運行、軟件、硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡，以求達到高效，但二者采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，其中主要有

35、：</p><p><b>　?、?指令系統(tǒng)</b></p><p>　　RISC設計者把主要精力放在經常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效的特色，對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在CISC機器上實現(xiàn)特殊功能時，效果可能較低。但可以利用流水技術和超標量技術加以改進和彌補。而CISC的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令開完成特定的功能。因此，在CISC機器上處理

36、特殊任務效率較高。</p><p><b>　?、?存儲器操作</b></p><p>　　RISC對存儲器操作有限制，使控制簡單化；而CISC機器的存儲器操作指令多，操作直接。</p><p><b>　　③ 程序</b></p><p>　　RISC匯編語言程序一般需要較大的內存空間，實現(xiàn)特殊功

37、能時程序復雜，不易設計；</p><p>　　而CISC匯編語言程序編程相對簡單，科學計算及復雜操作的程序設計相對容易，效率較高。</p><p><b>　?、?中斷</b></p><p>　　RISC機器在一條指令執(zhí)行的適當地方可以響應中斷；而CISC機器是在一條指令執(zhí)行結束后響應中斷。</p><p><b

38、>　?、?CPU</b></p><p>　　RISC機器的CPU包含較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISC機器的CPU包含豐富的電路單元，因而功能強、面積大、功耗大。</p><p><b>　　⑥ 設計周期</b></p><p>　　RISC微處理器結構簡單，布局緊湊，設計周期短，且易于采用最新技術；CISC微處

39、理器機構復雜，設計周期長。</p><p><b>　　⑦ 用戶使用</b></p><p>　　RISC微處理器機構簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學易用；CISC微處理器結構復雜，功能強大，易于實現(xiàn)特殊功能。</p><p><b>　　⑧ 應用范圍</b></p><p>　　由于RISC指令

40、系統(tǒng)的確定與特定的應用領域有關，故RISC機器更適合于專用機；而CISC機器則更適合于通用機。</p><p>　　當然，和CISC架構相比較，盡管RISC架構有上述優(yōu)點，但決不能認為RISC架構就可以取代CISC架構，事實上，RISC和CISC各有優(yōu)勢，而且界限并不是那么明顯?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，而內部加入RISC的特征，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來的CPU發(fā)展

41、方向之一。</p><p>　　1.2.1微處理器的典型核心架構</p><p>　　嵌入式微處理是用于在計算機之外的設備中提供添加的功能性的計算機芯片，它經常用于控制和移動。此類芯片大多數兼顧控制與計算，而且具有指令豐富、外設齊全的特點，是一種事務密集型的處理器。</p><p><b>　　ARM處理器</b></p><

42、;p>　　RICS類處理器的代表技術是ARM（Advanced RISC Machines）技術，它即使一個公司的名字，也是對一類微處理器的通稱，還是一種技術的名字。</p><p>　　目前應用較為廣泛的是ARM7系列核心，ARM9系列核心、ARM10系列核心。其實ARM7系列以現(xiàn)代微控制器為目標，ARM9系列、ARM10系列和ARM11系列則多為掌上應用與多媒體方案設計。</p><

43、p>　　ARM7處理器的運算能力大約在0.9MIPS/MHZ。由于可以使用較高的主頻，并且有較為合理的流水線結構，因此，相對于嵌入式控制器，其處理能力較為突出。在ARM710T-ARM740T處理器中，自帶了數據高速緩存DCACHE和指令高速緩存ICACHE，大大提高了處理器的綜合能力。</p><p>　　ARM處理器全部采用ARMV4T結構，分為3級流水線，提高了處理器指令流執(zhí)行的速度。三級流水線結構的

44、處理器執(zhí)行的指令分為3個指令階段：分別為取指、譯碼和執(zhí)行。取指階段將指令從存儲器中取出，譯碼階段分析指令將要用到的寄存器，執(zhí)行階段從寄存器組中讀寄存器移位和ALU操作，把寄存器寫回到寄存器組。正常的操作過程中，若一條指令正在被執(zhí)行，則它的后繼指令譯碼，第三條指令則正在執(zhí)行取指。由上述過程可知，程序計數器指針（PC）指向的并不是當前正在執(zhí)行的指令，而是指向正在取指的指令。3級流水線指令的執(zhí)行過程如圖所示。</p><p

45、>　　3級流水線指令的執(zhí)行過程</p><p>　　ARM7類型處理器采用的是馮·諾依曼結構，只有一條32位數據通道，指令和數量都通過這條通道傳輸。處理器的核心架構如下圖。</p><p>　　由于指令和數據在同一條通道上進行存取，因此此類處理器的平均執(zhí)行周期為1.9。指令可以分為ARM指令和Thumb指令兩類。數據可以分為3種存取格式，分別為8bit、16bit和32bi

46、t。需要注意的是16bit和32bit數據分別需要對齊，因此在C語言條件下會對移植產生一定的影響。</p><p>　　1.2.2微控制器的典型核心架構</p><p>　　嵌入式微控制器的最大特點是單片化，體積大大減小，從而降低了成本和功耗，可靠性也大大提高。由于嵌入式微控制器價格低廉，功能強大，因此有著相當豐富的種類和很高的市場占有率。</p><p>　　嵌入

47、式微控制器的典型代表是單片機，現(xiàn)代的單片機通常具備以下全部或部分特征：</p><p>　　可以在處理器所在集成電路（IC）上含有ROM/EPROM、RAM、總線邏輯、看門狗、定時器、串行口、A/D等各種必需的功能和外部設備。</p><p>　　可以在同一個IC上含有某些程序和數據存儲器。</p><p>　　可以提供能直接訪問IC引腳的編程器。</p>

48、;<p>　　可以為嵌入式系統(tǒng)常用的控制操作（例如位處理）提供專用指令。</p><p>　　目前單片機中最典型的的是以51為核心的8051系列8位單片機和以MSP430為代表的16位單片機。近來ATMEL公司推出的AVR單片機集成了FPGA等器件，因而具有相當高的性價比，必將推動單片機市場的發(fā)展。</p><p><b>　　51系列微控制器</b>&

49、lt;/p><p>　　51系列微控制器的總線寬度為8位，其運算核心每次只能處理一個字節(jié)的數據。雖然配合通用寄存器可以進行16位寬度的運算，但是需要額外的機器周期。51微控制器的機器周期是其所使用晶體振蕩器的振蕩周期的12倍。在振蕩器的頻率為12MHz的條件下，考慮單片機周期指令的執(zhí)行時間可以計算得出，每秒最多可執(zhí)行的指令為1M條。</p><p>　　在價格相同的條件下，這類核心所包含的資源

50、相對豐富，因此51系列微控制器非常適合于用較低的成本構成較大的系統(tǒng)，這是其它微控制器所不能比擬的。其系統(tǒng)框圖如下所示。其片上資源主要包含：</p><p>　　4KB可擦寫程序存儲器；</p><p>　　128B數據存儲器；</p><p>　　32根可編程控制線；</p><p><b>　　2個16位計數器；</b>

51、;</p><p><b>　　5個中斷源；</b></p><p><b>　　全雙工串行口。</b></p><p>　　51系列微控制器的系統(tǒng)框圖</p><p>　　為了提高51核心微控制器的市場競爭能力，設計者在51核心基礎上進行了改進，增加了部分資源，提高了系統(tǒng)適應能力，產生了52核心。

52、其具體差別在于：</p><p>　　RAM空間增大。AT89C51有128B的內部RAM，稱之為DATA儲存區(qū)。AT89C52的內部RAM擴展為256B，其中高128B，位于從80H開始的地址空間中，稱之為IDATA存儲區(qū)，但IDATA區(qū)的訪問只能是間接尋址方式。</p><p>　　內部FLASH變大。AT89C51有4KB的內部FLASH存儲器，而AT89C52的內部FLASH存儲器

53、增加一倍，達到8KB。</p><p>　　中斷源增加。在AT89C52中P1.0和P1.1還可分別作為定時器/計數器T2外部計數輸入(P1.0/T2)和(P1.1/T2EX),也就是說，P1.0同時可作為定時器/計數器T2外部計數輸入，和輸出占空比為50%的時鐘脈沖端口，P1.1同時可作為定時器/計數器T2捕獲/重新裝載觸發(fā)和方向控制端口。故AT89C52除了具備AAT89C51的定時器/計數器T0和定時器/計

54、數器T1功能外，還額外增加了一個定時器/計數器T2。而定時器/計數器T2的控制和狀態(tài)位單獨位于T2CON、T2MOD, 定時器/計數器T2在16位捕獲方式或自動重新裝載方式下的捕獲/重載寄存器組是(TCAO2H、RCAP2L)。</p><p>　　DSP的典型核心架構</p><p>　　DSP處理器也被稱為數字信號處理器，是一種特別適合于進行數字信號處理的微處理器。它強調運行處理的實

55、時性，因此，除了具備普通微處理器所強調的高速運算和控制功能外，主要針對實時數字信號處理，在處理器結構、指令系統(tǒng)和數據流程上均有突出特點。主要表現(xiàn)在：</p><p>　?、?DSP芯片全部采用改進的哈佛結構、總線分離的哈佛結構或超哈佛結構，相比傳統(tǒng)的馮·諾依曼結構具有更高的指令執(zhí)行速度。</p><p>　?、?采用多級流水線結構，提高可了單位時間內執(zhí)行指令的數量。</p&

56、gt;<p>　　有不同種類的獨立總線并有配用輔助寄存器，提高了數據和指令流的處理效率；</p><p><b>　　C5000系列</b></p><p>　　C5000系列DSP處理器是全部16 bit 定點 DPS，包含了原有的C5X系列、以高性價比為目標的C54X系列和以高速低功耗為目標的C55X系列處理器。目前，盡量C5X還在生產，但C54X和

57、C55X已經成為主流。</p><p>　　TMS320C54X系列DSP處理器（簡稱C54X）使用改進的哈佛結構，具有專用硬件邏輯的CPU、片內存儲器、片內外設以及高度專業(yè)化的指令集，有高度的操作靈活性和運行速度，適用于遠程通信等實時嵌入式應用的需要。另外，擁有C54X的CPU、用戶定制的內存儲器的外設結構的派生器件也得到了廣泛的應用。</p><p>　　TMS320C54x DSP的

58、內部硬件組成框圖</p><p>　　2 嵌入式處理器的應用</p><p>　　嵌入式處理器具有非常廣闊的應用領域，是現(xiàn)代計算機技術改造傳統(tǒng)產業(yè)、提升多領域技術水平的有力工具，可以說嵌入式處理器無處不在。其主要應用領域包括智能產品（智能儀表、只能和信息家電）、工業(yè)自動化（測控裝置、數控機床、數據采集與處理）、辦公自動化（通用計算機中的智能接口）、電網安全、電網設備檢測、石油化工、商業(yè)應用

59、（電子稱、POS機，條碼識別機）、安全防范（防火、防盜、防泄漏等報警系統(tǒng)）、網絡通信（路由器、網關、手機、PDA、無線傳感器網絡）、汽車電子與航天航空（汽車防盜報警器、騎車和飛行器黑匣子）以及軍事等各個領域，如下圖所示。</p><p>　　嵌入式處理器的應用領域</p><p>　　嵌入式處理器在很多產業(yè)中得到了廣泛的應用并逐步改變著這些產業(yè)，包括工業(yè)自動化、國防、運輸與航空航天領域。神

60、州飛船和長征系列火箭系統(tǒng)中就有很多嵌入式處理器，導彈的制導系統(tǒng)中也有嵌入式處理器，高檔汽車中也有多達幾十個嵌入式處理器。</p><p>　　在日常生活中，人們使用各種電子設備中基本都有嵌入式處理器，但未必知道它們。事實上，幾乎所有帶有一點“智能”的加點（全自動洗衣機、電腦電飯煲）都使用嵌入式處理器，嵌入式處理器具有廣泛的適應能力和多樣性。</p><p>　　3 嵌入式處理器的發(fā)展<

61、;/p><p>　　3.1 32位處理器在興起</p><p>　　市場的發(fā)展加速了觀念的變化，觀念的變化又促進了市場的發(fā)展。8位MCU市場已逐步趨向穩(wěn)定，32位MPU和SoC代表著嵌入式技術的發(fā)展方向。32位處理器應用范圍擴大的驅動因素主要有以下兩個方面。</p><p>　?、?手機、數碼相機、MP3播放機、PDA、游戲機等手持設備以及各種信息家電等有更高性能要求的

62、多媒體和通信設備的推出促進了32位處理器的應用。在這些應用中，龐大的多媒體數據必然需要更大的存儲空間，目前許多32位微控制器都可以使用同步SDRAM，因此可極大地降低使用更大容量數據存儲器的成本。而8位微控制器一般只能使用成本較高的SRAM作為數據存儲器。此外除了處理應用控制功能之外，還有需要支持因特網接入的應用。在MCU運行TCP/IP或其他通信協(xié)議的情況下，要求系統(tǒng)建立在RTOS上就必然成為一種現(xiàn)實需求，而8位單片機難以勝任。另外有

63、越來越多的像電視機、汽車音響及電子玩具等傳統(tǒng)應用也與時俱進地提出數字化和“硬件軟化”的要求，它們對計算性能的要求及存儲器容量的需求都超出絕大多數8位微控制器能提供的范圍。</p><p>　　②由于IT技術發(fā)展的推動，隨著高端32位CPU價格的不斷下降和開發(fā)環(huán)境的成熟，促使32位嵌入式處理器日益擠壓原先由8位微控制器主導的應用空間。隨著32位處理器在全球范圍的流行，32位的RISC嵌入式處理器已經開始成為高中端嵌

64、入式應用和設計的主流。此外，隨著第三方的開發(fā)工具支持的不斷增加，開發(fā)工具的價格在逐步降低，另一方面技術供應商在不斷提高開發(fā)工具的靈活性和智能化程度，使得開發(fā)環(huán)境不斷改善。</p><p>　　3.2 處理器IP（知識產權）</p><p>　　為了滿足多內核與SoC設計的需要，有一些廠家專門供應處理器內核的IP（也包括外設的IP），主要有16位、32位和64位，有軟核與硬核之分。這一方面，

65、ARM公司是一個非常成功的例子。多內核處理器和SoC市場發(fā)展前景廣闊，我們有理由相信會有越來越多的公司提供處理器IP，也會有越來越多的組織選用這些IP。</p><p>　　3.3 可編程處理器</p><p>　　可編程也是處理器的一個發(fā)展方向。許多傳統(tǒng)的單片機公司利用片內Flash來實現(xiàn)現(xiàn)場可編程，如Atmel、Microchip等公司最先推出這類產品，現(xiàn)在幾乎所有的8位單片機公司都推

66、出了這種可現(xiàn)場編程的單片機。但這里所說的可編程是指對處理器本身的定制，即通過編程的辦法現(xiàn)場“制造”出用戶所需要的處理器。</p><p>　　可編程主要有CPU+FPGA和PSOC（programmable system on a chip）。前者FPGA廠商大顯身手，Altera公司推出了SOPC（system on programmable chip）概念，Xilinx公司也有類似產品，途徑是通過FPGA進行

67、編程，但FPGA廠商面臨的問題是成本與功耗的問題。后者由Cypress公司提出，該產品被美國EDN雜志評為2003年度“熱門產品”。PSOC的方法是大馬拉小車，首先做出一個功能齊全的SoC，用戶可根據需要選擇用哪些外設和精度，例如A/D還是D/A，精度是8位還是12位。處理器的可編程將引起一個有趣的現(xiàn)象：在開發(fā)嵌入式系統(tǒng)軟件之前要先把處理器定制好。</p><p><b>　　三、課程設計總結</

68、b></p><p>　　在這次課程設計中，我學到會了綜合運用所學知識，發(fā)現(xiàn)、分析和解決問題，同時也學到了課本中沒有的知識，對嵌入式處理器和嵌入式系統(tǒng)有了很深的了解，如：51系列單片機、ARM系列微處理器、MISP芯片、OMAP處理器等的構架、功能及其應用。做了這個課程設計才發(fā)現(xiàn)我們生活在一個嵌入式系統(tǒng)無處不在的社會之中，我們用的手機、電腦、數碼相機等等，都是有嵌入式處理器的。</p><

69、;p>　　通過這次課程設計，我感觸最深的當屬查閱大量的與嵌入式處理器相關的資料，為了讓自己的設計更加完善，多找一些相關內容是必要的，同時也是必不可少的。這次課程設計讓我學到了很多，不僅是鞏固了先前學的80C51單片機和嵌入式系統(tǒng)的知識，而且也使我的創(chuàng)造性思維得到拓展。希望今后類似這樣課程設計、類似這樣的鍛煉機會能更多些！</p><p><b>　　四、參考文獻</b></p&g

70、t;<p>　　[1] 何加銘. 嵌入式32位微處理器系統(tǒng)設計與應用. 北京：電子工業(yè)出版社，2006.1</p><p>　　[2] 方爾正，王燕. 嵌入式技術及其應用. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008.7</p><p>　　[3] 張培仁. 嵌入式微處理器原理、系統(tǒng)設計與應用. 北京：清華大學出版社，2007.</p><p>　　[4]