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2008-8-18 16:24:38
[原创]嵌入式操作系统呈多元化趋势及嵌入式系统架构
一提到嵌入式系统我们很快会联想到单片机，不错，MCU是最基础和常用的嵌入式系统，但是目前像FPGA、ARM、DSP、MIPS等其他嵌入式系统应用越来越广泛。嵌入式系统与模拟电路或其他功能电路组成的SoC（System on Chip，片上系统）或SiP（System in Package，系统级封装）在手机、机顶盒等功能复杂的产品上的应用也越来越多
Tag:嵌入式系统嵌入式操作系统 arm 嵌入式处理器 arm9
总的来说，嵌入式系统发展呈现如下特点：
·由8位处理向32位过渡
·由单核向多核过渡
·向网络化功能发展
·MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进
·嵌入式操作系统呈多元化趋势
·由单核向多核过渡
·向网络化功能发展
·MCU、FPGA、ARM、DSP等齐头并进
·嵌入式操作系统呈多元化趋势
嵌入式系统的架构有专有架构和标准架构之分，本文讨论仅讨论标准架构的嵌入式系统。
标准的嵌入式系统架构有两大体系，目前占主要地位的是所谓RISC（Reduced Instruction Set Computer，精简指令集计算机）处理器。RISC体系的阵营非常广泛，从ARM、MIPS、PowerPC、ARC、Tensilica等等，都是属于RISC处理器的范畴。不过这些处理器虽然同样是属于RISC体系，但是在指令集设计与处理单元的结构上都各有不同，因此彼此完全不能兼容，在特定平台上所开发的软件无法直接为另一硬件平台所用，而必须经过重新编译。
其次是CISC（Complex Instruction Set Computer，复杂指令集计算机）处理器体系，我们所熟知的Intel的X86处理器就属于CISC体系，CISC体系其实是非常低效率的体系，其指令集结构上背负了太多包袱，贪大求全，导致芯片结构的复杂度被极大的提升。过去被应用在嵌入式系统的X86处理器，多为旧世代的产品，比如说，工业计算机中仍可常见数年前早已退出个人计算机市场的Pentium3处理器。由于此世代的产品效能与功耗比可以说是过去X86体系的甜蜜点，加上已经被市场长久验证，稳定性高，故常被应用于效能需求不高，但稳定性要求高的应用中，如工控设备等产品。
1、RISC家族之ARM处理器
ARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用ARM技术智能财产（IP）核心的处理器，即我们通常所说的ARM处理器，已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场，基于ARM技术的处理器应用约占据了32位RISC微处理器75％以上的市场，ARM技术不止逐步渗入到我们生活的各个方面，我们甚至可以说，ARM于人类的生活环境中，已经是不可或缺的一环。
2、RISC家族之MIPS处理器
3、RISC家族之PowerPC
PowerPC是一种RISC多发射体系结构。二十世纪九十年代，IBM（国际商用机器公司）、Apple（苹果公司）和Motorola（摩托罗拉）公司开发PowerPC芯片成功，并制造出基于PowerPC的多处理器计算机。PowerPC架构的特点是可伸缩性好、方便灵活。第一代PowerPC采用0.6微米的生产工艺，晶体管的集成度达到单芯片300万个。Motorola公司将PowerPC内核设计到SOC芯片之中，形成了Power QUICC（Quad Integrated Communications Controller）， Power QUICC II和Power QUICC III家族的数十种型号的嵌入式通信处理器。
4、RISC家族之ARC 架构
与其它RISC处理器技术相较起来，ARC的可调整式（Configurable）架构，为其在变化多端的芯片应用领域中争得一席之地。其可调整式架构主要着眼于不同的应用，需要有不同的功能表现，固定式的芯片架构或许可以面面俱到，但是在将其设计进入产品之后，某些部分的功能可能完全没有使用到的机会，即使没有使用，开发商仍需支付这些〝多余〞部分的成本，形成了浪费。
5、RISC家族之Tensilica架构
Tensilica公司的 Xtensa 处理器是一个可以自由配置、可以弹性扩张，并可以自动合成的处理器核心。Xtensa 是第一个专为嵌入式单芯片系统而设计的微处理器。为了让系统设计工程师能够弹性规划、执行单芯片系统的各种应用功能，Xtensa 在研发初期就已锁定成一个可以自由装组的架构，因此我们也将其架构定义为可调式设计。
Tensilica公司的 Xtensa 处理器是一个可以自由配置、可以弹性扩张，并可以自动合成的处理器核心。Xtensa 是第一个专为嵌入式单芯片系统而设计的微处理器。为了让系统设计工程师能够弹性规划、执行单芯片系统的各种应用功能，Xtensa 在研发初期就已锁定成一个可以自由装组的架构，因此我们也将其架构定义为可调式设计。
6、CISC家族之X86
X86处理器应用在嵌入式系统的历史相当悠久，以Intel为例，其Pentium3时代的处理器与芯片组，至今仍活跃在许多工控电脑产业中。而随着两大X86厂商放弃RISC产品线，并积极规划移动应用产品，X86进入到消费性电子嵌入式市场就不再只是传言。当然，X86处理器普遍都还是有功耗过高，且芯片数量庞大的缺点，不适合应用在要求精简省电的嵌入式架构中，但随着发展，这一切都有了根本上的改变。
7、CISC家族之VIA
目前仍存活的X86处理器厂商，除了身为世界第一大半导体厂的Intel以外，其余两家都活的相当辛苦，尤其以台湾的VIA（威盛）为最，该公司在处理器产品线的经营上，向来遭受大厂的打压，
VIA过去所推出的一系列低功耗处理器，虽然效能偏低，但是其功耗控制能力非常优秀，远远超过Intel以及AMD这两家CPU大厂，如今世界潮流逐渐从效能取向走往绿色环保取向，VIA终于也是媳妇熬成婆，除了在一般低价PC获得满堂彩以外，在UMPC以及嵌入式系统方面，也都能提供相当优秀的解决方案。
8、CISC家族之AMD
AMD是在主流市场上，唯一能与Inte抗衡的X86处理器厂商，然而在购并ATI之后，其表现只能算差强人意，以目前所规划的主流产品线而言（包含CPU与GPU），其实都是处于挨打的状态。毕竟AMD具有业界最佳的技术均衡性，既有先进的处理器技术，又是GPU技术第二领导者，兼以效能表现相当优秀的主机板芯片产品，以及自有的晶圆厂，虽不及Intel霸气，仍然占有很大市场份额。
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