【E課堂】詳解微處理器和微控制器區(qū)別

　　中央處理器是一塊超大規(guī)模的集成電路，是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算核心和控制核心，它的功能主要是解釋計(jì)算機(jī)指令以及處理計(jì)算機(jī)軟件中的數(shù)據(jù)。主要包括運(yùn)算器和高速緩沖存儲(chǔ)器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)的總線。它與內(nèi)部存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備合稱為電子計(jì)算機(jī)三大核心部件。

　　目前，嵌入式處理器的高端產(chǎn)品有：Advanced RISC Machines公司的ARM、Silicon Graphics公司的MIPS、IBM和Motorola的Power PC 、Intel的X86和i960芯片、AMD的Am386EM、Hitachi的SH RISC芯片;掌上電腦的處理器有六類處理器，分別是：英特爾的PXA系列處理器、MIPS處理器、StrongARM系列處理器、日立SH3處理器、摩托羅拉龍珠系列處理器和德州儀器OMAP系列處理器。

　　微處理器和微控制器區(qū)別所在

　　微處理器和微控制器的區(qū)別，這樣的區(qū)別主要集中在硬件結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域和指令集特征三個(gè)方面：

　　其一，硬件結(jié)構(gòu)。微處理器是一個(gè)單芯片CPU，而微控制器則在一塊集成電路芯片中集成了CPU和其他電路，構(gòu)成了一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。除了CPU，微控制器還包括RAM、ROM、一個(gè)串行接口、一個(gè)并行接口，計(jì)時(shí)器和中斷調(diào)度電路。雖然片上RAM的容量比普通微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)還要小，但是這并未限制微控制器的使用。在后面可以了解到，微控制器的應(yīng)用范圍非常廣泛。其中，微控制器的一個(gè)重要的特征是內(nèi)建的中斷系統(tǒng)。作為面向控制的設(shè)備，微控制器經(jīng)常要實(shí)時(shí)響應(yīng)外界的激勵(lì)。

　　其二，應(yīng)用領(lǐng)域。微處理器通常作為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的CPU使用，其設(shè)計(jì)正是針對(duì)這樣的應(yīng)用，這也是微處理器的優(yōu)勢(shì)所在。然而，微控制器通常用于面向控制的應(yīng)用，系統(tǒng)設(shè)計(jì)追求小型化，盡可能減少元器件數(shù)量。在過(guò)去，這些應(yīng)用通常需要用數(shù)十個(gè)甚至數(shù)百個(gè)數(shù)字集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用微控制器可以減少元器件的使用數(shù)量，只需一個(gè)微控制器、少量的外部元件和存儲(chǔ)在ROM中的控制程序就能夠?qū)崿F(xiàn)同樣的功能。微控制器適用于那些以極少的元件實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入/輸出設(shè)備進(jìn)行控制的場(chǎng)合，而微處理器適用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)行信息處理。

　　其三，指令集特征。由于應(yīng)用場(chǎng)合不同，微控制器和微處理器的指令集也有所不同。微處理器的指令集增強(qiáng)了處理功能，使其擁有強(qiáng)大的尋址模式和適于操作大規(guī)模數(shù)據(jù)的指令。微處理器的指令可以對(duì)半字節(jié)、字節(jié)、字，甚至雙字進(jìn)行操作。通過(guò)使用地址指針和地址偏移，微處理器提供了可以訪問(wèn)大批數(shù)據(jù)的尋址模式。自增和自減模式使得以字節(jié)、字或雙字為單位訪問(wèn)數(shù)據(jù)變得非常容易。另外，微處理器還具有其他的特點(diǎn)，如用戶程序中無(wú)法使用特權(quán)指 令等。

　　微控制器的指令集適用于輸入/輸出控制。許多輸入/輸出的接口是單/位的。例如，電磁鐵控制著馬達(dá)的開關(guān)，而電磁鐵由一個(gè)1位的輸出端口控制。微控制器具有設(shè)置和清除單位的指令，也能執(zhí)行其他面向位的操作，如對(duì)“位”進(jìn)行邏輯與、或和異或的運(yùn)算，根據(jù)標(biāo)志位跳轉(zhuǎn)等。很少有微處理器具備這些強(qiáng)大的位操作能力，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)微處理器時(shí)，僅考慮以字節(jié)或更大的單位來(lái)操作數(shù)據(jù)。

　　DSP芯片分類以及特點(diǎn)

　　數(shù)字信號(hào)處理器里的CPU是專門設(shè)計(jì)用來(lái)極快地進(jìn)行離散時(shí)間信號(hào)處理計(jì)算的，比如那些需要進(jìn)行音頻和視頻通信的場(chǎng)合。特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的微處理器，其主要應(yīng)用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點(diǎn)：

　　(1)在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法;

　　(2)程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù);

　　(3)片內(nèi)具有快速RAM，通?？赏ㄟ^(guò)獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問(wèn);

　　(4)具有低開銷或無(wú)開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持;

　　(5)快速的中斷處理和硬件I/O支持;

　　(6)具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器;

　　(7)可以并行執(zhí)行多個(gè)操作;

　　(8)支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

　　當(dāng)然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些，DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來(lái)快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。DSP芯片可以按照下列三種方式進(jìn)行分類。

　　1.按基礎(chǔ)特性分

　　這是根據(jù)DSP芯片的工作時(shí)鐘和指令類型來(lái)分類的。如果在某時(shí)鐘頻率范圍內(nèi)的任何時(shí)鐘頻率上，DSP芯片都能正常工作，除計(jì)算速度有變化外，沒(méi)有性能的下降，這類DSP芯片一般稱為靜態(tài)DSP芯片。如果有兩種或兩種以上的DSP芯片，它們的指令集和相應(yīng)的機(jī)器代碼機(jī)管腳結(jié)構(gòu)相互兼容，則這類DSP芯片稱為一致性DSP芯片。例如，美國(guó)TI公司的TMS320C54X就屬于這一類。

　　2.按數(shù)據(jù)格式分

　　這是根據(jù)DSP芯片工作的數(shù)據(jù)格式來(lái)分類的。數(shù)據(jù)以定點(diǎn)格式工作的DSP 芯片稱為定點(diǎn)DSP芯片，如TI公司的TMS320C1X/C2X、TMS320C2XX/C5X、TMS320C54X/C62XX系列，ADI公司的 ADSP21XX系列，AT&T公司的DSP16/16A，Motolora公司的MC56000等。以浮點(diǎn)格式工作的稱為浮點(diǎn)DSP芯片，如 TI公司的TMS320C3X/C4X/C8X，ADI公司的ADSP21XXX系列，AT&T公司的DSP32/32C，Motolora公司的 MC96002等。

　　不同浮點(diǎn)DSP芯片所采用的浮點(diǎn)格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點(diǎn)格式，如TMS320C3X，而有的DSP芯片則采用IEEE的標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)格式，如Motorola公司的MC96002、FUJITSU公司的 MB86232和ZORAN公司的ZR35325等。

　　3.按用途分

　　按照DSP的用途來(lái)分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。通用型DSP芯片適合普通的DSP應(yīng)用，如TI公司的一系列DSP芯片屬于通用型DSP芯片。專用DSP芯片是為特定的DSP運(yùn)算而設(shè)計(jì)的，更適合特殊的運(yùn)算，如數(shù)字濾波、卷積和FFT，如Motorola公司的DSP56200，Zoran公司的ZR34881，Inmos公司的IMSA100等就屬于專用型DSP芯片。