2.1.1 嵌入式处理器分类

嵌入式处理器分为嵌入式微控制器（Micro Control Unit，MCU）、嵌入式微处理器（Micro Process Unit，MPU）和芯片级系统（SoC）。

（1）嵌入式微控制器

嵌入式微控制器目前除了部分为32位处理器外，大量存在的是8位和16位的嵌入式微控制器其典型代表是单片机，如Intel公司的MCS-51系列，虽然近年来新型的高端系列产品不断出现，但这种8位的电子器件在嵌入式设备中仍然有着极其广泛的应用。单片机将CPU、存储器ROM/RAM、总线、总线逻辑、定时器/计数器、看门狗、I/O、串行口、脉宽调制输出、AD、DA等必要功能和外设集成在一块芯片内部。和嵌入式微处理器相比，其主要特点是单片化、可靠性高、体积小，从而使功耗和成本下降，具有较高的性价比。单片机的片上外设资源一般比较丰富，适合用于控制，因此称其为嵌入式微控制器。MCU由于低廉的价格、优良的功能，因此拥有的品种和数量最多。比较有代表性的MCU包括8位内核的MCS-51系列、AVR系列、PIC系列，16位的MCS-96/196/296系列、MSP430系列以及32位的STM32系列等，并且有支持I2C、CAN-Bus、LCD及众多专用MCU和兼容系列，嵌入式微控制器如图2-1所示。

图2-1 嵌入式微控制器（MCU）

（2）嵌入式微处理器

嵌入式微处理器由通用计算机中的CPU演变而来。与通用计算机中的微处理器不同的是，它只保留了和嵌入式系统应用紧密相关的功能硬件，去除其他冗余部分，同时添加了必要的扩展电路与接口电路，以较低的功耗和资源满足嵌入式应用的特殊要求。嵌入式微处理器一般是32位的，与微控制器相比，具有较大的寻址空间和较高的处理速度，能支持嵌入式操作系统的运行。因此，嵌入式微处理器更适合中大型的嵌入式应用系统。近年来，嵌入式微处理器的主要发展方向是小体积、高性能、低功耗。同时，其专业分工也越来越明显，出现了专业的知识产权核（Intellectual Property Core，IP）供应商，如ARM、MIPS等。它们通过提供优质、高性能的嵌入式微处理器内核，由各个半导体厂商生产面向各个应用领域的芯片。在我国，ARM公司的ARM内核的嵌入式处理器占主导地位，嵌入式微处理器如图2-2所示。

图2-2 嵌入式微处理器（MPU）

（3）芯片级系统

芯片级系统是20世纪90年代中期出现的一个概念，随着EDA的推广、VLSI设计的普及和半导体工艺的迅速发展，在一个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临。SoC在单芯片上集成了数字信号处理器、微控制器、存储器、数据转换器、接口电路等电路模块，可以直接实现信号采集、转换、存储、处理等功能。SoC的最大特点是成功实现了软硬件无缝结合，具有极高的综合性，在一个硅片内部运用VHDL等硬件描述语言，即可实现一个复杂的系统。与传统的系统设计不同，用户不再需要绘制复杂的电路板以及焊接电路，只需要使用合适的语言，综合时序设计，直接在元器件库中调用各种通用处理器标准，通过仿真之后就可以直接交付芯片制造厂商生产。这样，除个别无法集成的元器件以外，整个嵌入式系统大部分均可集成到一块或几块芯片中，应用系统硬件电路将变得很简洁，这对嵌入式系统要求的小体积、低功耗、高可靠性非常有利。嵌入式SoC如图2-3所示。

图2-3 嵌入式SoC