La diferencia entre microprocesadores y sistemas integrados
¿Qué es un sistema embebido? ¿Un sistema informático especial totalmente integrado en el dispositivo controlado y diseñado para una aplicación específica? . La siguiente es la diferencia entre microprocesadores y sistemas integrados que he compilado. ¡Todos pueden consultarla!
Con el desarrollo continuo de la ciencia electrónica, las personas gradualmente tienen mayores demandas de productos digitales, lo que promueve el desarrollo continuo de la tecnología de la información. El núcleo del sistema integrado es el procesador integrado, que es la unidad de hardware que controla y asiste en el funcionamiento del sistema integrado. Tiene una amplia gama de aplicaciones y buenas perspectivas de desarrollo. Entonces, frente al complicado mercado de procesadores integrados, ¿cómo podemos tomar una decisión que nos convenga? A continuación, realizaré un análisis comparativo de varios procesadores integrados comunes en el mercado, con la esperanza de ser útil para todos (tipos de procesadores integrados).
(1) Microprocesador ARM integrado (estructura de microprocesador integrado)
El origen y desarrollo del microprocesador ARM
ARM (Advanced RISC Machines) se puede considerar como el nombre de una empresa, un término general para un microprocesador y una tecnología. En la actualidad, el microprocesador con tecnología ARM como núcleo de propiedad intelectual (IP) es lo que solemos denominar microprocesador ARM. Es un microprocesador de 32 bits de alto rendimiento y bajo consumo muy utilizado en sistemas integrados. Las aplicaciones de microprocesadores basadas en tecnología ARM ocupan más del 75% de la cuota de mercado de los microprocesadores RISC de 32 bits. La tecnología ARM está penetrando gradualmente en todos los aspectos de nuestras vidas. ARM9 representa el procesador principal de ARM y se ha utilizado ampliamente en teléfonos portátiles, descodificadores, cámaras digitales, GPS, asistentes digitales personales y dispositivos de Internet.
Campos de aplicación de los microprocesadores ARM
Los microprocesadores ARM son procesadores muy utilizados actualmente. Hasta ahora, la aplicación de la tecnología y los microprocesadores ARM casi se ha extendido a varios mercados de productos, como control industrial, electrónica de consumo, sistemas de comunicación, sistemas de redes, sistemas inalámbricos, etc., y ha penetrado en varios campos.
1. Campo de control industrial: como arquitectura RISC de 32 bits, los chips de microcontroladores basados en núcleo ARM no solo ocupan la mayor parte de la cuota de mercado de los microcontroladores de alta gama, sino que también se extienden gradualmente a los microcontroladores de gama baja. Áreas de aplicación. El bajo consumo de energía y el alto costo de rendimiento de los microcontroladores ARM plantean desafíos a los microcontroladores tradicionales de 8 y 16 bits.
2. Campo de las comunicaciones inalámbricas: Actualmente, más del 85% de los equipos de comunicaciones inalámbricas adoptan la tecnología ARM. La posición de ARM en este campo está cada vez más consolidada debido a su alto rendimiento y bajo coste.
3. Aplicaciones de red: Con la popularización de la tecnología de banda ancha, los chips ADSL que utilizan tecnología ARM están ganando gradualmente ventajas competitivas. Además, ARM se ha optimizado en el procesamiento de voz y vídeo y ha recibido un amplio soporte, lo que también plantea desafíos para los campos de aplicación de DSP.
4. Electrónica de consumo: la tecnología ARM se utiliza ampliamente en reproductores de audio digitales, decodificadores digitales y consolas de juegos populares.
5. Productos de imagen y seguridad: las cámaras e impresoras digitales más populares ahora utilizan tecnología ARM. Las tarjetas inteligentes SIM de 32 bits de los teléfonos móviles también utilizan tecnología ARM.
Características de los microprocesadores ARM basados en arquitectura RISC
1. Tamaño pequeño, bajo consumo de energía, bajo costo y alto rendimiento;
2. Conjunto de instrucciones dual de 16 bits)/ARM (32 bits), muy compatible con dispositivos de 8 bits/16 bits;
3. Uso extensivo de registros, ejecución de instrucciones más rápida;
4. La mayoría de las operaciones de datos se completan en registros;
5. El modo de direccionamiento es flexible y simple, con alta eficiencia de ejecución;
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(2) Procesador MIPS integrado
Descripción general del desarrollo del procesador MIPS
MIPS es un procesador RISC muy popular en el mundo.
¿Qué significa MIPS? ¿Microprocesador sin etapas internas de tubería entrelazadas? (Microprocesadores sin páginas entrelazadas), cuyo mecanismo es evitar problemas relacionados con los datos en el pipeline mediante el uso de software siempre que sea posible. MIPS Technology es una conocida empresa de diseño de chips en los Estados Unidos que utiliza RISC para diseñar chips. Diseña y fabrica procesadores embebidos, de alto rendimiento, de alto nivel, de 32 y 64 bits, ocupando una posición importante en los procesadores RISC.
La arquitectura y el concepto de diseño de MIPS son relativamente avanzados. Su sistema de instrucción ha pasado del sistema de instrucción del procesador general MIPSI, MIPSI, MIPSI, MIPSI, MIPSI IV a MIPSV, así como el sistema de instrucción integrado MIPS16. MIPS32 El desarrollo a MIPS64 es muy bueno.
MIPS enfatiza la cooperación de software y hardware para mejorar el rendimiento y simplificar el diseño del hardware. En comparación con CISC adoptado por Intel, RISC tiene las ventajas de un diseño más simple y un ciclo de diseño más corto, y puede aplicar tecnología más avanzada para desarrollar procesadores de próxima generación más rápidos.
MIPS es uno de los primeros chips comerciales con arquitectura RISC. La nueva arquitectura integra todos los conjuntos de instrucciones MIPS originales y agrega muchas funciones más potentes.
Aplicaciones de los procesadores MIPS
En general, la serie de microprocesadores MIPSR se utiliza para construir estaciones de trabajo, servidores y sistemas de supercomputadoras de alto rendimiento de SGI. En términos de sistemas integrados, la serie de microprocesadores MIPSK es actualmente uno de los procesadores más utilizados después de ARM (MIPS era el procesador más utilizado en el mundo antes de 1999. Sus áreas de aplicación incluyen consolas de juegos, enrutadores, impresoras láser y). computadoras de mano, esperen.
(3)PowerPC
La especificación de arquitectura PowerPC es un chip desarrollado por IBM (International Business Machines Corporation), Apple (Apple) y Motorola (Motorola) en los años 1990, fabricando chips Computadora multiprocesador basada en PowerPC.
La arquitectura PowerPC se caracteriza por su buena escalabilidad, comodidad y flexibilidad. Es una especificación de 64 bits (que también contiene 32 subconjuntos). Casi todos los PowerPC comunes (excepto los modelos más nuevos de IBM RS/6000 y toda la serie IBM de servidores de alta gama) son de 32 bits.
La cuota de mercado de PowerPC no es muy elevada, pero es muy utilizado en el control y gestión de sistemas de comunicación.
(4) Procesador X86 integrado
X86 es la abreviatura del número estándar de la serie de computadoras de uso general de Intel, que también identifica un conjunto de instrucciones de computadora de uso general. x no tiene nada que ver con el procesador y es una definición de comodín simple para todos los sistemas *86, como por ejemplo: i386, 586, Pentium. Los primeros números de CPU Intel eran 8086 y 80286. Toda la serie de CPU era compatible con instrucciones, por lo que se utilizó X86 para identificar el conjunto de instrucciones utilizado. Las series actuales Pentium, P2, P4 y Celeron son compatibles con el sistema de instrucciones X86, por lo que todas pertenecen a la familia X86.
X86 se ha convertido en el estándar para plataformas informáticas con su incomparable rentabilidad. Sin embargo, basado en tecnología de 32 bits, x86 todavía no tiene poder para aplicaciones de estaciones de trabajo y servidores empresariales de alto nivel. En comparación con los productos basados en la arquitectura ARM, el rendimiento de los procesadores X86 integrados es generalmente mucho mayor, pero el consumo de energía también es mucho mayor. Aunque pueden funcionar sin ventilador, no se pueden utilizar en PDA, teléfonos inteligentes y otros productos portátiles que funcionan exclusivamente con baterías. La demanda real de procesadores X86 integrados se encuentra en áreas como terminales de red, clientes ligeros, PC de bajo costo y bajo consumo de energía, electrónica de consumo doméstica, terminales POS, etc., que requieren continuidad del software de PC. El equipo correspondiente es relativamente grande y no depende de baterías para funcionar, pero requiere alto rendimiento, bajo consumo de energía, bajo nivel de ruido y alta confiabilidad. En 2006, X86 lanzó el primer procesador de doble núcleo.
En comparación con ARM y MIPS, el procesador integrado de arquitectura X86 tiene un rango de aplicaciones más limitado. Se utiliza principalmente en procesadores de escritorio y servidores de gama baja.
(5) Procesador DSP integrado
DSP es un procesador especial que convierte señales analógicas en señales digitales para un procesamiento en tiempo real de alta velocidad. Su velocidad de procesamiento es 10 veces más rápida que la del. CPU más rápida ~50 veces. En la era digital actual, el DSP se ha convertido en un dispositivo básico en comunicaciones, computadoras, electrónica de consumo y otros campos. Los expertos de la industria predicen que el DSP será el producto electrónico de circuitos integrados de más rápido crecimiento en el futuro y se convertirá en un factor decisivo en la mejora de los productos electrónicos.
DSP pertenece a la arquitectura ModifiedHarvard, es decir, hay dos buses internos: bus de datos y bus de programa. Los espacios de almacenamiento de programas y datos están separados, cada uno tiene su propio bus de direcciones y bus de datos. La recuperación y lectura de direcciones se pueden realizar simultáneamente, alcanzando 9 mil millones de operaciones de punto flotante por segundo (9000 MFLOPS). Utiliza tecnología de canalización y la ejecución de cada instrucción se divide en varios pasos, como la obtención de instrucciones, la decodificación, la obtención de datos y la ejecución, que se completan mediante múltiples unidades funcionales en el chip. Equivale a ejecutar múltiples instrucciones en paralelo, lo que mejora enormemente la velocidad de computación. Las instrucciones de multiplicación se completan en un solo ciclo, optimizando la gran cantidad de multiplicaciones repetidas en convolución, filtrado digital, FFT, correlación y operaciones matriciales. En operaciones FFT y convolución, se utilizan instrucciones especiales como direccionamiento de bucle e inversión de bits, lo que mejora en gran medida la velocidad de direccionamiento, clasificación y cálculo. ¿El tiempo FFT de 1024 es menor que 1? s. Tiene un bus DMA y controlador independientes, uno o más buses DMA independientes, trabajando en paralelo con los buses de programa y datos de la CPU. Sin afectar el trabajo de la CPU, la velocidad DMA alcanza más de 800 Mbyte/s. Esto facilita el trabajo en paralelo o en serie de múltiples procesadores y mejora la velocidad de procesamiento.
Los procesadores DSP han evolucionado hasta convertirse en procesadores DSP integrados (eDSP) mediante integración monolítica, conversión EMC, adición de periféricos en chip o adición de coprocesadores DSP a microcomputadoras monolíticas de uso general o SOC. El principal factor que promueve el desarrollo de procesadores DSP integrados es la inteligencia de los sistemas integrados. Actualmente, los fabricantes de semiconductores como TI, ADI, Freescale y CEVA tienen sólidas capacidades en este campo.
El principal mercado de DSP son las aplicaciones de comunicación, mientras que el DSP integrado se utiliza principalmente en productos electrónicos de consumo, como reproductores de DVD y grabadores de vídeo, decodificadores, equipos receptores de audio y vídeo, reproductores MP3 y dispositivos digitales. cámaras. Sin embargo, los chips de comunicación como WLAN, DSL y redes de banda ancha por cable también tienen DSP integrado.
Sistemas integrados y microprocesadores integrados
Los sistemas integrados generalmente se refieren a sistemas que no son PC, incluidos hardware y software. El hardware incluye procesador/microprocesador, memoria y periféricos, puertos de E/S, controlador de gráficos, etc. La parte de software incluye el software del sistema operativo (SO) (que requiere operación multitarea en tiempo real) y el diseño de la aplicación. A veces los diseñadores combinan los dos software. Las aplicaciones controlan el funcionamiento y el comportamiento del sistema; el sistema operativo controla la interacción entre las aplicaciones y el hardware.
El núcleo del sistema integrado es el microprocesador integrado. Los microprocesadores integrados generalmente tienen las siguientes cuatro características:
1. Fuerte soporte para multitarea en tiempo real, capacidad para completar tareas múltiples y tiempo de respuesta de interrupción corto, lo que reduce el tiempo de ejecución del código interno y los núcleos en tiempo real. al más bajo.
2. Tiene una potente función de protección del área de almacenamiento. Esto se debe a que la estructura del software del sistema integrado se ha modularizado para evitar acciones cruzadas erróneas entre los módulos de software, es necesario diseñar una potente función de protección del área de almacenamiento, que también favorezca el diagnóstico del software.
3. Estructura de procesador escalable para desarrollar microprocesadores integrados que cumplan con el mayor rendimiento de las aplicaciones a la velocidad más rápida.
4. Los microprocesadores integrados deben tener un bajo consumo de energía, especialmente para sistemas integrados que funcionan con baterías en dispositivos informáticos y de comunicación portátiles, inalámbricos y móviles. ¿Qué pasa si el consumo de energía es sólo mW? Nivel w.
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