新一代嵌入式计算机体系结构
嵌入于宿主设备,智能地完成宿主设备功能的计算机就是嵌入式计算机,或简称为嵌入式。嵌入式计算机的构成：可以是单片的微控制器(MC-micro-controller),在我国习惯于称做单片机;也可以是由微处理器（MP-microprocessor)另加存储器及外部设备构成;还可以在MC/MP的基础上附加数字信号处理器(DSP)核心部件,构成多核MP/MC。
尽管嵌入式一词,80年代中期由Intel公司率先使用,但如今,嵌入式一词叫得更加响亮。然而,尽管嵌入式与宿主的服务关系依然未变,但嵌入式的构成却发生了巨大的变化。当年嵌入式的构成确实主要指的是4/8/16位的微控制器(MC),而今所言嵌入式,就其构成来说,主要讨论的是崭新一代由RISC与DSP双核复合而成的32位微处理器形成的计算机系统。
新一代嵌入式计算机的主要特征：是继承了整个PC机时期的技术成就,特别是进入90年代后的全球万维网(Web)技术(产品有可接入万维网的手持式PDA设备等)和多媒体技术(产品有高质量数字音响、数字视盘播放器,数码静态相机、数码视频摄像机等等）。这类嵌入式的目标是想把桌面PC机上成熟的技术拆解下来,放入手持设备或移动设备,供用户随时随地进行消费。全球网中行之有效的众多通信协议,多媒体的MP3、JPEG、MPEG等所采用的标准数据格式及各种库函数都使用32位格式和32位的编程软件,所以嵌入式也注定要使用32位的微处理器。
为顺应形势发展的需要,32位手持设备用的嵌入式操作系统应运而生,著名的有Windows CE、Epoch、 Palm OS等等,可见今日嵌入式的立点水平是很高的。
新一代嵌入式主要面向手持或移动消费类设备,电池供电和低价位是重要考虑因素,这就从根本上决定了它不可能照搬PC机上原来使用的微处理器。下面先介绍嵌入式32位微处理器的技术进步,然后再举一些新型嵌入式微处理器的实例,使读者对新一代嵌入式有一个较清晰的认识。
MP是计算机的核心部分,任务是去存储器中取指令数据,然后分解指令并对指定的操作数进行处理。为此,需要有获取和分解指令的逻辑控制部分,执行指令的算术逻辑单元(ALU),以及暂时为ALU运算方便存放中间结果的通用寄存器。
总的说来,MP的能力取决于：指令集的操作能力;指令的位宽（每条指令涵盖信息量的位数,4/8/16/32/64位等）;每秒执行指令CISC结构的MP,不同的指令执行所需的时钟周期数是不同的,RISC结构的MP所有指令都只用一个时钟周期,而且每秒钟都能执行百万条指令以上,故而常以MIPS(每秒百万条指令)为单位来体现时钟的速度。
MC实际上是对通用MP功能加以某些限制,使其具有某些专门用途的配套计算机。MC有以下特点：
·I/O接口寄存器化,常叫做特殊功能寄存器(SFR),通过对SFR的编程可以提高使用外部设备的灵活性和简化对外部设备的操作;
·通用寄存器累加器化,缓解累加器的瓶颈问题,简化编程,提高处理速度;
·片内RAM与通用寄存器及SFR统一编程,统一访问指令的结构,简化编程;
·通用寄存器多组化,优化中断对现场的保护,缩短中断响应时间。
总之,MP面向通用,对研发和拓展功能有利;MC则面向专用,对批量的生产有利。现阶段新一代嵌入式处于研发创新阶段,所以,主要使用32位的MP,而不是MC。
MP有两种结构,RISC(精简指令集计算机）是相对于早已存在的CISC(复杂指令集计算机）而言。手持设备的算术逻辑运算比桌面PC要求低,复杂程度也较小,一般多采用RISC结构的MP。
RISC的特点是：
·采用Load/store指令模式,凡数据由外存到内存、内存到寄存器方向的流动统一用Load指令,而对于反方向的操作,都用store;
