嵌入式處理器的種類：

嵌入式微控制器

嵌入式微處理器

嵌入式DSP處理器

嵌入式片上系統（SOC）

FPGA處理器

嵌入式微處理器的主要類別：

Power PC, 68000, MIPS, ARM

ARM, MIPS, Power PC的比較 （摘自某論壇）：

“ARM面向的低端消費類市場，拼的是功耗；PowerPC面向的是中高端市場，比的是性能，好像還沒看到誰的手機是PowerPC的，也沒有看到誰家企業級以上的交換機是用ARM做的。如果說ARM跟MIPS有得比拼倒還現實些。”

“ARM跟MIPS有相同的定位，MIPS也有很多用于消費電子的處理器。”

“MIPS的主要立足點是性能，而ARM好象更多是偏向于低功耗。”

“很多SOC的核都是MIPS的，比如有無線AP的SOC就是用MIPS的。”

“ARM 和PowerPC 在功能和層次上有較大差別，面向的領域不同，但是Power作為一種體系結構也開始向嵌入式領域擴散了，IBM，Freescale等公司為首成立的PowerPC聯盟就開始做這方面的工作，但是我看PowerPC 的結構在尤其在功耗方面的束縛可能導致其在嵌入式領域沒有如ARM那樣大的伸縮性。MIPS則在很多方面和ARM正面競爭，在性能方面互有優劣。單純從處理器體系結構的角度來講，他們只有設計理念的差別，沒有好壞的區別。”

“PowerPC在是嵌入式領域的應用也是在中高端的吧，不在消費領域，比如企業級以上的交換機，大機架上鏟平，對功耗應該是考慮次要的，這類產品都是由單獨的AC/DC的電源，而且機箱中一般都有風扇。所以功耗應該不是問題。而MIPS的嵌入產品，既有面向高端的,比如Cavium的MIPS多核處理器，攜帶2-4個1Giga的以太控制器，也有消費類的,如基于MIPS4K核的SOC。我知道的ARM都是面向消費電子的，不知道是否也有高端的。”

ARM在消費品領域的優勢非常明顯，如此流行的原因我認為有三個方面：

價格便宜

配套IP完備

集成使用方便

至于性能和低功耗方面，ARM要弱于PowerPC。Power系列的芯片主要用于交換機、網絡處理器、及sony的游戲機等應用上，這類的應用場合對處理器的性能要求非常強烈，ARM難以勝任ARM和MIPS在消費領域存在著競爭，MIPS陣營的產品在功耗和面積上具有優勢，但MIPS提供的開發工具不如ARM便捷。
ARM的內核種類

先來看一張表

1．ARM7處理器

ARM7處理器采用了ARMV4T（馮?諾依曼）體系結構，這種體系結構將程序指令存儲器和數據存儲器合并在一起。主要特點就是程序和數據共用一個存儲空間，程序指令存儲地址和數據存儲地址指向同一個存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數據總線，程序指令和數據的寬度相同。這樣，處理器在執行指令時，必須先從存儲器中取出指令進行譯碼，再取操作數執行運算。

總體來說ARM7體系結構具有三級流水、空間統一的指令與數據Cache、平均功耗為0.6mW/MHz、時鐘速度為66MHz、每條指令平均執行1.9個時鐘周期等特性。其中ARM710，ARM720和ARM740為內帶Cache的ARM核。ARM7指令集同Thumb指令集擴展組合在一起，可以減少內存容量和系統成本。同時，它還利用嵌入式ICE調試技術來簡化系統設計，并用一個DSP增強擴展來改進性能。

ARM7體系結構是小型、快速、低能耗、集成式的RISC內核結構。該產品的典型用途是數字蜂窩電話和硬盤驅動器等，目前主流的ARM7內核ARM7TDMI，ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T。現在市場上用得最多的ARM7處理器有Samsung公司的S3C44BOX與S3C4510處理器、Atmel公司的AT91FR40162系列處理器、Cirrus公司的EP73xx系列等。通常來說前兩三年大部分手機基帶部分的應用處理器基本上都以ARM7為主。還有很多的通信模塊，如CDMA模塊、GPRS模塊和GPS模塊中都含有ARM7處理器。

2．ARM9、ARM9E處理器

ARM9處理器采用ARMV4T（哈佛）體系結構。這種體系結構是一種將程序指令存儲和數據存儲分開的存儲器結構，是一種并行體系結構。其主要特點是程序和數據存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數據存儲器。它們是兩個相互獨立的存儲器，每個存儲器獨立編址、獨立訪問。與兩個存儲器相對應的是系統中的4套總線，程序的數據總線和地址總線，數據的數據總線和地址總線。這種分離的程序總線和數據總線可允許在一個機器周期內同時獲取指令字和操作數，從而提高了執行速度，使數據的吞吐量提高了一倍。又由于程序和數據存儲器在兩個分開的物理空間中，因而取指和執行能完全重疊。

ARM9采用五級流水處理及分離的Cache結構，平均功耗為0.7mW/MHz。時鐘速度為120MHz~200MHz，每條指令平均執行1.5個時鐘周期。與ARM7處理器系列相似，其中的ARM920、ARM940和ARM9E處理器均為含有Cache的CPU核，性能為132MIPS（120MHz時鐘，3.3V供電）或220MIPS（200MHz時鐘）。ARM9處理器同時也配備Thumb指令擴展、調試和Harvard總線。在生產工藝相同的情況下，性能是ARM7TDMI處理器的兩倍之多。常用于無線設備、儀器儀表、聯網設備、機頂盒設備、高端打印機及數碼相機應用中。

ARM9E內核是在ARM9內核的基礎上增加了緊密耦合存儲器TCM及DSP部分。目前主流的ARM9內核是ARM920T、ARM922T、ARM940。相關的處理器芯片有Samsung公司的S3C2510、Cirrus公司的EP93xx系列等。主流的ARM9E內核是ARM926EJ-S、ARM946E-S、ARM966E-S等。目前市場上常見的PDA，比如說PocketPC中一般都是用ARM9處理器，其中以Samsung公司的S3C2410處理器居多。

3．ARM10E處理器

ARM10E處理器采用ARMVST體系結構，可以分為六級流水處理，采用指令與數據分離的Cache結構，平均功耗1000mW，時鐘速度為300MHz，每條指令平均執行1.2個時鐘周期。

ARM10TDMI與所有ARM核在二進制級代碼中兼容，內帶高速32×16 MAC，預留DSP協處理器接口。其中的VFP10（向量浮點單元）為七級流水結構。其中的ARM1020T處理器則是由ARMl0TDMI、32KB指令、數據Caches及MMU部分構成的。其系統時鐘高達300MHz時鐘，指令Cache和數據Cache分別為32KB，數據寬度為64位，能夠支持多種商用操作系統，適用于下一代高性能手持式因特網設備及數字式消費類應用。主流的ARM10內核是ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S等。

4．SecurCore處理器

SecurCore系列處理器提供了基于高性能的32位RISC技術的安全解決方案，該系列處理器具有體積小、功耗低、代碼密度大和性能高等特點。另外最為特別的就是該系列處理器提供了安全解決方案的支持。采用軟內核技術，以提供最大限度的靈活性，以及防止外部對其進行掃描探測，提供面向智能卡的和低成本的存儲保護單元MPU，可以靈活地集成用戶自己的安全特性和其他的協處理器，目前含有SC100、SC110、SC200、SC210 4種產品。

5．StrongARM處理器

StrongARM處理器采用ARMV4T的五級流水體系結構。目前有SA110、SA1100、SA1110等3個版本。另外Intel公司的基于ARMv5TE體系結構的XScale PXA27x系列處理器，與StrongARM相比增加了I/D Cache，并且加入了部分DSP功能，更適合于移動多媒體應用。目前市場上的大部分智能手機的核心處理器就是XScale系列處理器。

6．ARM11處理器

ARM11處理器系列可以在使用130nm代工廠技術、小至2.2mm2芯片面積和低至0.24mW/MHz的前提下達到高達500MHz的性能表現。ARM11處理器系列以眾多消費產品市場為目標，推出了許多新的技術，包括針對媒體處理的SIMD，用以提高安全性能的TrustZone技術，智能能源管理（IEM），以及需要非常高的、可升級的超過2600 Dhrystone 2.1 MIPS 性能的系統多處理技術。主要的ARM11處理器有ARM1136JF-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZF-S、ARM11 MCORE等多種。

ARM系列處理器的選型

器件的選擇歸根結底是為嵌入式系統選擇合適的處理器芯片。ARM處理器是最常見的嵌入式處理器之一，它以低功耗、低成本和高性能而深受業界的青睞。而且ARM是目前產業中資源最為廣泛的嵌入式處理器，基于廣大的ARM合作伙伴計劃，開發者可以在這個聯盟里尋求到各種自己意想不到的幫助。從圖2給出了常見的ARM處理器的架構和支持的操作系統。目前在業內廣為人知的ARM處理器主要有ARM7系列和ARM9系列，同時為了關注今后嵌入式系統的發展，也有必要了解一下最新的ARM11和ARM Cotex系列處理器。

ARM7 系列

ARM7TDMI是ARM7系列中使用最廣泛的，它是從最早實現32位地址空間編程模式的ARM6內核發展而來的，并增加了64位乘法指令，支持片上調試、16位Thumb指令集和EmbeddedICE觀察點硬件。ARM7TDMI屬于ARM v4體系結構，采用馮諾伊曼結構，3級流水處理，平均0.9DMIPs/Mhz性能。不過ARM7TDMI沒有MMU（Memory Management Unit）和Cache，所以僅支持那些不需要MMU和Cahce的小型實時操作系統，如VxWorks、uC/OS-II和uLinux等RTOS。其他的ARM7系列內核還有ARM720T和ARM7E-S等。

ARM9 系列

ARM9TDMI相比ARM7TDMI，將流水級數提高到5級從而增加了處理器的時鐘頻率，并使用指令和數據存儲器分開的哈佛結構以改善CPI和提高處理器性能，平均可達1.1DMIPs/Mhz，但是ARM9TDMI仍屬于ARM v4T體系結構。在ARM9TDMI基礎上又有ARM920T、ARM940T和ARM922T，其中ARM940T增加了MPU（Memory Protect Unit）和Cache；ARM920T和ARM922T加入了MMU、Cache和ETM9（方便進行CPU實時trace），從而更好的支持象Linux和WinCE這樣的多線程、多任務操作系統。

ARM9E 系列

ARM9E系列屬于ARM v5TE，在ARM9TDMI的基礎上增加了DSP擴展指令，是可綜合內核，主要有ARM968E-S、ARM966E-S、ARM946E-S和ARM926EJ-S（v5TEJ指令體系，增加了Java指令擴展），其中ARM926EJ-S是最具代表性的。通過DSP和Java的指令擴展，可獲得70％的DSP處理能力和8x的Java處理性能提升。另外分開的指令和數據Cache結構進一步提升了軟件性能；指令和數據TCM（Tightly Couple Memory：緊耦合存儲器）接口支持零等待訪問存儲器；雙AMBA AHB總線接口等。ARM926EJ-S可達250Mhz以上的處理速度，很好地支持Symbian OS、Linux、Windows CE和Palm OS等主流操作系統。

ARM11 系列

ARM11系列主要有ARM1136、ARM1156、ARM1176和ARM11 MP-Core等，它們都是v6體系結構，相比v5系列增加了SIMD多媒體指令，獲得1.75x多媒體處理能力的提升。另外，除了ARM1136外，其他的處理器都支持AMBA3.0-AXI總線。ARM11系列內核最高的處理速度可達500Mhz以上（其中90nm工藝下，ARM1176可達到750Mhz）以及600DMIPS的性能。

基于ARMv6架構的ARM11系列處理器是根據下一代的消費類電子、無線設備、網絡應用和汽車電子產品等需求而制定的。其的媒體處理能力和低功耗特點使它特別適合于無線和消費類電子產品；其高數據吞吐量和高性能的結合非常適合網絡處理應用；另外，在實時性能和浮點處理等方面ARM11可以滿足汽車電子應用的需求。

ARM Cotex 系列

Cortex系列是ARM公司目前最新內核系列，屬于v7架構，主要有Cortex-A8、Cortex-R4、Cortex-M3和Cortex-M1等處理器，其中A8是面向高性能的應用處理器，最高可達1Ghz的處理速度，更好的支持多媒體及其他高性能要求，最高可達2000DMIPS；R4主要面向嵌入式實時應用領域（Real-Time），7級流水結構，相對于上代ARM1156內核，R4在性能、功耗和面積（PPA：Performance，Power and Area）取得更好的平衡，>1.5DMIPS/Mhz和高于400Mhz的處理速度。而M3主要是面向低成本和高性能的MCU應用領域，相比ARM7TDMI，M3面積更小，功耗更低，性能更高。Cortex-M3處理器的核心是基于哈佛架構的3級流水線內核，該內核集成了分支預測，單周期乘法，硬件除法等眾多功能強大的特性，使其在Dhrystone benchmark上具有出色的表現（1.25 DMIPS/MHz）。根據Dhrystone benchmark的測評結果，采用新的Thumb.-2指令集架構的Cortex-M3處理器，與執行Thumb指令的ARM7TDMI-S.處理器相比，每兆赫的效率提高了70%，與執行ARM指令的ARM7TDMI-S處理器相比，效率提高了35%。

目前已經有Cortex系列內嵌的產品問世，如TI公司推出的基于Cortex-A8內核的OMAP3430，TI、ST和Luminary也推出了基于Cortex-M3內核的低成本高性能32位MCU，更多詳情請登陸這些公司的主頁查詢。