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32位嵌入式微處理器一覽

由于嵌入式系統(tǒng)的專用型與定制性，與全球PC市場不同，沒有一種微處理器或者微處理器公司可以主導(dǎo)嵌入式系統(tǒng)。本文分析了當(dāng)前市場上主流的一些32位嵌入式微處理器的特點(diǎn)和應(yīng)用場合，并對其未來發(fā)展做一些展望。這里只是按照體系結(jié)構(gòu)分類，不涉及具體的處理器芯片。

一． ARM

ARM處理器是由英國的ARM公司設(shè)計(jì)的32位RISC處理器。

毫無疑問，ARM芯片是嵌入式微處理器中的佼佼者，是很多數(shù)字電子產(chǎn)品的核心。如今95%的手機(jī)里面的核心處理器使用的都是ARM芯片，而ARM在整個(gè)手持市場上占有90%以上的份額，這是一個(gè)驚人的比例。

ARM公司的商業(yè)模式：

ARM公司的成功除了其卓越的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)以外，還源于其創(chuàng)新的商業(yè)模式：提供技術(shù)許可的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而不是制造和銷售實(shí)際的半導(dǎo)體芯片。ARM將其芯片設(shè)計(jì)技術(shù)（內(nèi)核、體系擴(kuò)展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案）授權(quán)給Intel，Samsung，TI，高通（Qualcomm），意法半導(dǎo)體等半導(dǎo)體制造商，這些廠商拿到ARM內(nèi)核以后，再設(shè)計(jì)外圍的各種控制器，和ARM核整合成一塊SOC芯片，也就是我們看到的市面上的各種芯片，作為用戶，我們也許不知道我們使用的是ARM芯片，但是我們可能天天都在感受著ARM芯片帶給我們的智能體驗(yàn)。

圖1-1 ARM的業(yè)務(wù)模型

ARM公司正是因?yàn)闆]有自己生產(chǎn)芯片，從而省去了IC制造的巨額成本，因此可以專注于處理器內(nèi)核設(shè)計(jì)本身，ARM處理器內(nèi)核不但性能卓越而且升級速度很快，以適應(yīng)市場的變化。

由于所有的ARM芯片都采用一個(gè)通用的處理器架構(gòu)，所以相同的軟件可以在所有產(chǎn)品中運(yùn)行，這正是ARM大的優(yōu)勢，采用ARM芯片無疑可以有效縮短應(yīng)用程序開發(fā)的與測試的時(shí)間，也降低了研發(fā)費(fèi)用。

ARM生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈：

ARM公司通過出售芯片技術(shù)授權(quán)，建立起新型的微處理器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和銷售商業(yè)模式。圍繞著芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，ARM公司整合了上下游的資源，逐漸形成了一條完整的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。ARM的合作伙伴包括半導(dǎo)體制造商，開發(fā)工具商，應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)商以及培訓(xùn)商等。ARM公司統(tǒng)一了芯片設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，芯片制造商生產(chǎn)的芯片符合統(tǒng)一的接口，為以后的開發(fā)提供了很大的方便；工具商專門開發(fā)基于ARM芯片的仿真器和開發(fā)工具；應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)商開發(fā)基于ARM芯片的應(yīng)用程序，培訓(xùn)商則提供與ARM相關(guān)的培訓(xùn)服務(wù)。

這樣的一套完整的產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)沟肁RM芯片的開放性和通用性都很好，很多公司開發(fā)嵌入式產(chǎn)品都傾向于選擇ARM的芯片，因?yàn)檐浻布�開發(fā)都有比較成熟的方案，相關(guān)的人才也比較多，可以縮短開發(fā)的周期，使得產(chǎn)品能夠盡快上市。而作為個(gè)人如果想學(xué)習(xí)嵌入式開發(fā)，ARM芯片也是首選的學(xué)習(xí)對象，相關(guān)的學(xué)習(xí)資料和開發(fā)工具都有很多。

目前全球已有超過700家的軟硬件系統(tǒng)公司加入了ARM Connected Community，其中本土公司的成長很快，目前已經(jīng)有超過70家加入了ARM生態(tài)伙伴系統(tǒng)。

下圖為以ARM公司為核心的生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈，這個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈還在不斷壯大：

圖1-2 以ARM為核心的生態(tài)系統(tǒng)

ARM處理器核的技術(shù)特點(diǎn)：

采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般有如下特點(diǎn)：
        ●    體積小、功耗低、低成本、高性能；
        ●    流水線結(jié)構(gòu)；
        ●    支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好兼容8位/16位器件；
        ●    大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；
        ●    大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；
        ●    尋址方式靈活，執(zhí)行效率高；
        ●    指令長度固定，支持條件執(zhí)行；
        ●    具有桶形移位器（barrel shifter），可以提高數(shù)學(xué)邏輯運(yùn)算速度，不過也增加了硬件的復(fù)雜性，會(huì)占用更多的芯片面積；
        ●    AMBA互聯(lián)總線協(xié)議，可以有效地將各個(gè)IP組件粘接起來；
        ●    ARM的大部分設(shè)計(jì)都采用RISC思想，當(dāng)然它也綜合一些CISC的設(shè)計(jì)理念以達(dá)到佳地性能，所以ARM不是純粹的RISC架構(gòu)；

ARM微處理器新的一些技術(shù)特點(diǎn)（以新的Cortex-A9處理器核為例）：
        ●    高效超標(biāo)量流水線；
        ●    NEON多媒體處理引擎，加快媒體和信號處理能力；
        ●    浮點(diǎn)運(yùn)算單元，顯著提高了單精度和雙精度標(biāo)量浮點(diǎn)運(yùn)算的速度；
        ●    優(yōu)化的一級緩存；
        ●    Thumb-2技術(shù)，性能上達(dá)到傳統(tǒng)ARM代碼的峰值水平；
        ●    二級緩存控制器，高可配置2MB的緩存內(nèi)存；
        ●    先進(jìn)的取指及分支預(yù)測技術(shù)，避免因訪問指令的延時(shí)而影響跳轉(zhuǎn)指令的執(zhí)行；
        ●    多支持四條指令Cache Line預(yù)取掛起，進(jìn)一步減少了內(nèi)存延時(shí)的影響，從而促進(jìn)指令的順利傳輸；
        ●    每個(gè)周期內(nèi)可連續(xù)將兩到四條指令發(fā)送到指令解碼，確保充分利用超標(biāo)量流水線性能；

圖1-3 Cortex-A9 架構(gòu)及單核接口

總而言之：ARM處理器大的優(yōu)勢就在于體積小、功耗低、價(jià)格低廉，并且還能提供相當(dāng)高的性能，確實(shí)是眾多嵌入式設(shè)備的首選。

ARM處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

下面是ARM處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：
        ●    工業(yè)控制領(lǐng)域：基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器的大部分市場份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，Cortex-M系列就是ARM公司推出的典型低功耗、高性價(jià)比32位工控微控制器，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)；
        ●    無線通訊領(lǐng)域：目前大部分無線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)，ARM以其高性價(jià)比和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固；
        ●    網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢，此外，ARM在語音及視頻處理上進(jìn)行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，這也對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)；
        ●    消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到了廣泛采用；
        ●    成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)，手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)；

ARM未來可能的發(fā)展趨勢：

下面對ARM未來可能的發(fā)展趨勢做一些分析：
        ●    ARM將在上網(wǎng)本市場和Intel一爭高下。盡管Intel用于上網(wǎng)本的ATOM處理器現(xiàn)在占據(jù)上網(wǎng)本近80%的市場份額，但是成本低廉綜合性能也不弱的ARM芯片大有和Intel一較高下的實(shí)力，未來二者可能平分上網(wǎng)本芯片的市場份額；
        ●    云計(jì)算時(shí)代亦是ARM的時(shí)代。云計(jì)算時(shí)代，用戶可以在任意位置，使用各種移動(dòng)終端獲取應(yīng)用服務(wù)，計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力將不受本地硬件的限制，一臺(tái)更小尺寸、更輕的上網(wǎng)本或者智能手機(jī)一樣可以通過網(wǎng)絡(luò)來完成我們需要的服務(wù)，這時(shí)ARM芯片的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了，采用ARM芯片的上網(wǎng)本更加省電輕巧；
        ●    ARM和Linux緊密結(jié)合，整合軟硬件解決方案，打造一整套開放平臺(tái)，目前已經(jīng)有多款A(yù)RM+Android組合的智能手機(jī)以及ARM+Ubuntu9.04結(jié)合的上網(wǎng)本上市。開放式平臺(tái)是嵌入式應(yīng)用的未來，ARM結(jié)合自身的生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)勢，很有可能成為這個(gè)平臺(tái)的主導(dǎo)者；
        ●    ARM架構(gòu)進(jìn)軍服務(wù)器市場。盡管現(xiàn)在ARM架構(gòu)應(yīng)用在服務(wù)器領(lǐng)域還存在一些不足，但是ARM低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)還是得到很多服務(wù)器廠商的青睞，并且2009年Dell已經(jīng)推出了基于威盛Nano芯片的低功耗XS11-VX8服務(wù)器，其體積相當(dāng)于一塊3.5英寸的硬盤，而且在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)2U機(jī)箱內(nèi)放置12臺(tái)這樣的服務(wù)器，單服務(wù)器的滿載功耗在30瓦以內(nèi)，并在近兩年內(nèi)出貨5000多套類似的系統(tǒng)。而ARM的官方站點(diǎn)使用的就是基于Marvell MV78100 SOC的ARM服務(wù)器，相信ARM將來會(huì)逐步占據(jù)服務(wù)器市場的一定份額；
        ●    ARM將在低端微控制器市場逐步取代傳統(tǒng)的8位/16位單片機(jī)。ARM的Coretex-M系列是經(jīng)過優(yōu)化的專門針對低端控制應(yīng)用的處理器核，和傳統(tǒng)的單片機(jī)相比，它的處理能力更將而且更具針對性，并且其價(jià)格還非常低廉。
        ●    ARM下一代處理器核向多內(nèi)核架構(gòu)發(fā)展，以提供更強(qiáng)大的運(yùn)算能力。Cortex-A9處理器就有單核和多核兩個(gè)架構(gòu)。
        ●    ARM內(nèi)核與FPGA結(jié)合為SOPC（System On a Programmable Chip），打造更靈活的嵌入式系統(tǒng)硬件解決方案。FPGA靈活的硬件設(shè)計(jì)與處理器的強(qiáng)大軟件功能有機(jī)地結(jié)合在一起，在設(shè)計(jì)具有復(fù)雜算法和控制邏輯的系統(tǒng)時(shí)，SOPC的優(yōu)勢非常明顯。

二． MIPS

MIPS處理器簡介：

MIPS CPU是一種RISC結(jié)構(gòu)的CPU，MIPS起源于一個(gè)學(xué)術(shù)研究項(xiàng)目，該項(xiàng)目的設(shè)計(jì)小組連同幾個(gè)半導(dǎo)體廠商合伙人希望能制造出芯片并拿到市場上去賣。結(jié)果是該結(jié)構(gòu)得到了工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)大范圍的具有影響力的制造商們的支持。從生產(chǎn)專用集成電路核心(ASIC Cores)的廠家(LSI Logic,Toshiba, Philips, NEC)到生產(chǎn)低成本CPU的廠家(NEC, Toshiba,和IDT),從低端64位處理器生產(chǎn)廠家(IDT, NKK, NEC)到高端64位處理器生產(chǎn)廠家(NEC, Toshiba和IDT)。

1984年，MIPS計(jì)算機(jī)公司成立。1992年，SGI收購了MIPS計(jì)算機(jī)公司。 1998年，MIPS脫離SGI，成為MIPS技術(shù)公司。MIPS技術(shù)公司是一家設(shè)計(jì)制造高性能、高檔次及嵌入式32位和64位處理器的廠商，在RISC處理器方面占有重要地位。

MIPS公司設(shè)計(jì)RISC處理器始于二十世紀(jì)八十年代初，1986年推出R2000處理器，1988年推R3000處理器，1991年推出第一款64位商用微處器R4000。之后又陸續(xù)推出R8000(于1994年)、R10000(于1996年)和R12000(于1997年)等型號。 隨后，MIPS公司的戰(zhàn)略發(fā)生變化，把重點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng)。1999年，MIPS公司發(fā)布MIPS32和MIPS64架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，為未來MIPS處理器的開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。新的架構(gòu)集成了所有原來NIPS指令集，并且增加了許多更強(qiáng)大的功能。MIPS公司陸續(xù)開發(fā)了高性能、低功耗的32位處理器內(nèi)核(core)MIPS324Kc與高性能64位處理器內(nèi)核MIPS64 5Kc。2000年，MIPS公司發(fā)布了針對MIPS32 4Kc的版本以及64位MIPS 64 20Kc處理器內(nèi)核。

注意：

MIPS有兩種含義，上文中的MIPS是Microprocessor without Interlocked Pipe Stages的縮寫，即無互鎖流水線級的微處理機(jī)，它是一個(gè)科研項(xiàng)目的名稱；MIPS在計(jì)算機(jī)科學(xué)里還有Million Instructions Per Second，即每秒執(zhí)行百萬(條)指令數(shù)，是衡量計(jì)算機(jī)速度的一個(gè)重要指標(biāo)。

MIPS的商業(yè)模式：

MIPS的商業(yè)模式和ARM相似，也是研發(fā)處理器內(nèi)核，將知識(shí)產(chǎn)權(quán)授權(quán)給其他公司。我們非常熟悉的國產(chǎn)處理器廠商龍芯就是獲得MIPS32和MIPS64架構(gòu)的授權(quán)，借此開發(fā)龍芯CPU。

MIPS開展授權(quán)模式比ARM要晚，其生態(tài)系統(tǒng)的規(guī)模和完整性都不如ARM，而且很多MIPS的授權(quán)廠商如Broadcom/PMC等都不在處理器核上繼續(xù)投入了，而反觀ARM，除了ARM本身，Qualcomm/Marvel等作為ARM的架構(gòu)授權(quán)者都在積極推動(dòng)處理器內(nèi)核的研發(fā)，這一點(diǎn)使MIPS在與ARM的競爭中無法占到優(yōu)勢。

MIPS處理器的技術(shù)特點(diǎn)：

MIPS處理器主要有以下技術(shù)特點(diǎn)：
        ●    MIPS的設(shè)計(jì)保持純粹的RISC風(fēng)格，其設(shè)計(jì)始終保持簡潔性，它傾向于把復(fù)雜的工作交給編譯器去做。很多大學(xué)課程都喜歡選擇MIPS體系結(jié)構(gòu)來講解計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。MIPS的設(shè)計(jì)還是保持著學(xué)院派的作風(fēng)，有一定理想化的色彩，因此到了實(shí)際商用領(lǐng)域，不如ARM這種以RISC為主但是也會(huì)引入一些CISC設(shè)計(jì)思想的處理器更具競爭力；
        ●    占用更小的芯片面積，功耗方面比ARM芯片稍大一些；
        ●    具有32位和64位兩種架構(gòu)的指令集，而ARM只有32位架構(gòu)的指令集；
        ●    核內(nèi)包含大量寄存器、指令數(shù)和字符；
        ●    可視的流水線延遲間隙；
        ●    多發(fā)射核技術(shù)，這種技術(shù)將處理器中的閑置處理單元分割出來虛擬為另一個(gè)核心，以提高處理單元的利用率，避免了處理單元閑置浪費(fèi)；
        ●    MIPS是開放式的架構(gòu),用戶可以在開發(fā)的內(nèi)核中加入自己的指令；

MIPS處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域：

MIPS處理器主要有以下應(yīng)用領(lǐng)域：
        ●    在數(shù)字電視、數(shù)字機(jī)頂盒、DVD/藍(lán)光播放器、數(shù)碼相機(jī)和寬帶客戶端等領(lǐng)域MIPS架構(gòu)處理器應(yīng)用比例大約為50%；
        ●    在家用網(wǎng)絡(luò)方面，大部分寬帶路由器與無線接入點(diǎn)都采用了MIPS架構(gòu)處理器，MIPS在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代數(shù)字家庭的組成中已經(jīng)占據(jù)一定的優(yōu)勢；
        ●    MIPS在移動(dòng)/便攜終端領(lǐng)域遠(yuǎn)不如數(shù)字家庭那樣神勇，不過采用MIPS處理器的索尼PSP的成功說明MIPS在這個(gè)領(lǐng)域大有可為，逐漸興起的電子書也是MIPS在這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)突破口；
        ●    MIPS在服務(wù)器市場也有部分應(yīng)用，許多在業(yè)務(wù)上有前瞻性的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都考慮或已經(jīng)將MIPS架構(gòu)平臺(tái)大量引入數(shù)據(jù)中心，在靈活滿足需求的同時(shí)降低愈發(fā)夸張的能源及冷卻成本；

MIPS處理器面臨的困境：

MIPS其實(shí)是一款非常優(yōu)秀的RISC處理器架構(gòu)，但是由于一些歷史原因，錯(cuò)過了一些比較好的發(fā)展機(jī)遇，導(dǎo)致現(xiàn)在的發(fā)展遇到一些困境，主要體現(xiàn)在一下幾個(gè)方面：
        ●    MIPS構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)遠(yuǎn)不如ARM完善，而且這種現(xiàn)狀在當(dāng)前ARM迅猛發(fā)展的情況下很難有所改觀，在，我們很少看到關(guān)于MIPS的培訓(xùn)課程，而ARM相關(guān)的培訓(xùn)課程則很多，不過一些高校會(huì)采用MIPS處理器架構(gòu)來授課，因?yàn)镸IPS的設(shè)計(jì)是開源的；
        ●    MIPS所擅長的多是一些對效能要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于用戶體驗(yàn)的領(lǐng)域，這也從側(cè)面反映出該架構(gòu)下長期缺乏優(yōu)秀的用戶交互系統(tǒng)的窘境；
        ●    MIPS在市場授權(quán)模式開展地較晚，因此在市場的推廣遠(yuǎn)不及ARM；
        ●    MIPS內(nèi)核平臺(tái)的開放性不太好，導(dǎo)致目前MIPS開發(fā)工具支持不夠廣泛，這時(shí)開發(fā)者不愿意看到的，而支持ARM內(nèi)核的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)、編譯器、RTOS、軟件仿真器、啟動(dòng)/驅(qū)動(dòng)代碼產(chǎn)品也是層出不窮，可以說一條完整的設(shè)計(jì)鏈已經(jīng)形成，進(jìn)入一種良性循環(huán)，所以開發(fā)者更傾向于使用ARM芯片；

MIPS未來可能的發(fā)展趨勢：

下面對MIPS未來可能的發(fā)展趨勢做一些分析：
        ●    MIPS處理器核將向著硬件多線程方向發(fā)展，這與ARM不同，ARM的發(fā)展方向是多核處理器；
        ●    MIPS要尋求壯大自己的生態(tài)系統(tǒng)，讓MIPS處理器支持更多操作系統(tǒng)，與其合作伙伴打造更加開放自由的平臺(tái)。2009年，MIPS加入了開放嵌入式軟件基金會(huì)（OESF），這將擴(kuò)大MIPS的影響力，MIPS也成立了Android解決方案中心，目的就是讓更多的廠商采用MIPS+Android的軟硬家架構(gòu)來開發(fā)電子產(chǎn)品；
        ●    MIPS將借助3.5G或者4G的發(fā)展進(jìn)軍無線通訊領(lǐng)域，考慮到未來無線通信協(xié)議與Wi-Fi協(xié)議愈發(fā)相似，在這個(gè)時(shí)機(jī)切入似乎是個(gè)不錯(cuò)的選擇；
        ●    MIPS會(huì)大力布局云時(shí)代，MIPS在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代數(shù)字家庭的組成中已經(jīng)占有一定的優(yōu)勢，具備了接入云的基礎(chǔ)；
        ●    在服務(wù)器市場，MIPS的優(yōu)勢漸漸體現(xiàn)出來，基于云的應(yīng)用大大增加了對系統(tǒng)I/O與加解密運(yùn)算能力的要求，而這正是許多MIPS架構(gòu)處理器的強(qiáng)項(xiàng)；
        ●    在工控領(lǐng)域，MIPS可能不會(huì)有什么作為，這一領(lǐng)域還是會(huì)被8位單片機(jī)和ARM低端芯片占據(jù)；

三． PowerPC

Powerpc簡介：

PowerPC是由蘋果（Apple）公司和IMB以及早期的Motorola（現(xiàn)在的飛思卡爾半導(dǎo)體）組成的聯(lián)盟（簡稱為AIM）共同設(shè)計(jì)的微處理器架構(gòu)，以對抗在市場上占有壓倒優(yōu)勢的x86處理器。

PowerPC是一種RISC多發(fā)射體系結(jié)構(gòu)。PowerPC 體系結(jié)構(gòu)規(guī)范（PowerPC Architecture Specification）發(fā)布于 1993 年，它是一個(gè) 64 位規(guī)范 ( 也包含 32 位子集 )。幾乎所有常規(guī)可用的 PowerPC（除了新型號 IBM RS/6000 和所有 IBM pSeries 高端服務(wù)器）都是 32 位的。

PowerPC有著廣泛應(yīng)用，從高端服務(wù)器CPU到嵌入式CPU，Powerpc在全球通信市場上處于無可爭議的地位。

Powerpc的商業(yè)模式：

在2006年之前，基于PowerPC架構(gòu)的CPU一直都只能由IBM和Motorola公司生產(chǎn)，后來Motorola將其半導(dǎo)體部門賣給了飛思卡爾，則變成了由IBM和飛思卡爾生產(chǎn)PowerPC芯片。2006年之后，IBM和飛思卡爾才開放了PowerPC的授權(quán)，將PowerPC授權(quán)給其他廠商，其授權(quán)模式開展的比ARM以及MIPS都要晚的多，PowerPC開放授權(quán)之后勢必會(huì)有更多的廠商加入對其開發(fā)的行列，目前的嵌入式市場反映出來的趨勢確實(shí)是PowerPC芯片憑借其出色的性能和高度整合性正在慢慢侵占原先ARM和MIPS占據(jù)主導(dǎo)地位的市場，尤其PowerPC在高端嵌入式設(shè)備上的應(yīng)用更有著絕對的優(yōu)勢。

PowerPC在市場也有著不錯(cuò)的表現(xiàn)，尤其是飛思卡爾還在西安設(shè)有芯片的研發(fā)中心，相信他們會(huì)大力推廣其PowerPC芯片的應(yīng)用，估計(jì)一些高端嵌入式市場會(huì)向PowerPC傾斜。

Powerpc的技術(shù)特點(diǎn)：

PowerPC架構(gòu)具有以下特點(diǎn)：
        ●    32 個(gè) integer / float registers 組。32 個(gè)general-purpose registers(GPRS) 存放整型數(shù)據(jù)，用于 integer 運(yùn)算指令。32 個(gè)float-pointer registers(FPRS) 存放浮點(diǎn)數(shù)據(jù)，用于 float 運(yùn)算指令；
        ●    指令 load/store 在 GPRS 與 FPRS 之間存取數(shù)據(jù)；
        ●    統(tǒng)一定長的精簡指令格式易于實(shí)現(xiàn)超標(biāo)量流行線；
        ●    多支持 4 個(gè)operands，運(yùn)算結(jié)果典型存放在 first operand；
        ●    IEEE-754 標(biāo)準(zhǔn)浮點(diǎn)數(shù)，單精度(single-float)和雙精度(double-float)指令運(yùn)算；
        ●    PowerPC 架構(gòu)允許實(shí)現(xiàn)某一功能為特定的硬件平臺(tái)；
        ●    用戶層指令的存取缺省在 caches 執(zhí)行。特殊指令跨越 caches 存取；
        ●    支持 big-endian 和 little-endian 模式；
        ●    支持 64-bit 地址模式；

Powerpc的應(yīng)用領(lǐng)域：

PowerPC主要的應(yīng)用領(lǐng)域如下：
        ●    蘋果公司生產(chǎn)的筆記本、圖形工作站、臺(tái)式機(jī)等；
        ●    IBM公司生產(chǎn)的服務(wù)器、工作站以及臺(tái)式機(jī)等；
        ●    用于軍工、工控、通信、消費(fèi)電子以及航天等領(lǐng)域的嵌入式微處理器；

Powerpc的技術(shù)優(yōu)勢：

PowerPC雖然在嵌入式微處理器市場上的占有率遠(yuǎn)不如ARM，但是它比起ARM、MIPS確實(shí)有很多技術(shù)優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
        ●    PowerPC的設(shè)計(jì)側(cè)重于浮點(diǎn)性能和多處理能力，其多媒體處理能力非常強(qiáng)勁；
        ●    整合度非常高，目前飛思卡爾（Freescale）的Powerpc處理器集成了USB、PCI、DDR控制器、SATA控制器、千兆網(wǎng)口控制器、CAN控制器、RapidIO以及PCI_Express控制器等，客戶無須設(shè)計(jì)復(fù)雜的外圍電路，減少設(shè)計(jì)復(fù)雜程度以及物料使用；
        ●    在硬件上實(shí)現(xiàn)通信協(xié)議（Ethernet, ATM, IPsec, security, HW acceleration）；

綜上所述，PowerPc的高性能確實(shí)是很多高端嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的首選，當(dāng)然PowerPC芯片的價(jià)格較高，功耗也比ARM要大，所以手機(jī)上從來不用PowerPC的芯片，軟件對PowerPC的支持也略顯不夠。

四． DSP

DSP簡介

DSP是微處理器的一種，這種微處理器具有極高的速度。因?yàn)檫@種處理器的應(yīng)用場合要求極高的實(shí)時(shí)性。比如通過移動(dòng)電話進(jìn)行通話,如果處理速度不快就只能等待對方停止說話，這一方才能通話，如果雙方同時(shí)通話，因?yàn)閿?shù)字信號處理速度不夠快，就只能關(guān)閉信號連接。

信號處理的各種運(yùn)算基本就是乘法和累加運(yùn)算，其運(yùn)算量非常大，這就決定了數(shù)字信號處理器的結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的特點(diǎn)。

DSP處理器對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和指令進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，使其適于執(zhí)行DSP算法，編譯效率高，指令執(zhí)行速度也較高。在數(shù)字濾波、卷積、FFT、譜分析等方面有著廣泛應(yīng)用。

DSP處理器又分為通用DSP芯片和專用DSP芯片。

DSP的分類：

DSP按照其設(shè)計(jì)模式可以分為通用DSP芯片和專用DSP芯片：

●    通用DSP芯片：

通用DSP主要指目前基于CPU架構(gòu)的、通過軟件指令方式完成DSP算法的DSP器件。早期的DSP處理器只有一個(gè)乘法器，而現(xiàn)在的DSP處理器（如Ti的TMS320C6000系列），包含有8個(gè)乘法器。通用DSP處理器的主要優(yōu)勢是具有良好的通用性和一定的靈活性，有適用于實(shí)現(xiàn)各種DSP算法的通用硬件結(jié)構(gòu)和一些特殊的尋址方式。片內(nèi)Cache容量大，片內(nèi)RAM大，基本上數(shù)據(jù)都放在片內(nèi)RAM就可以了，不需要片外再接RAM，DSP芯片里面集成的外設(shè)少，不像ARM那么多，所以它不適于做控制。

●    專用DSP芯片：

專用DSP芯片直接通過硬件實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號處理的算法，如FFT、數(shù)字濾波、卷積、光譜分析等相關(guān)算法，速度非常快，適用于哪些對速度有著苛刻要求的場合，尤其是軍工領(lǐng)域，當(dāng)然這樣的芯片造價(jià)很高，而且不具有可編程性。

DSP按照所支持的數(shù)據(jù)格式可分為：

●    定點(diǎn)DSP處理器：

使用小數(shù)點(diǎn)位置固定的有符號數(shù)或者無符號數(shù)。定點(diǎn)器件在硬件結(jié)構(gòu)上比浮點(diǎn)器件簡單，價(jià)格低，速度快；

●    浮點(diǎn)DSP處理器：

使用帶有指數(shù)的小數(shù)，小數(shù)點(diǎn)位置隨具體數(shù)據(jù)不同進(jìn)行浮動(dòng)，浮點(diǎn)器件精度高，但成本、功耗相對較高，速度相對定點(diǎn)要慢；

DSP的技術(shù)特點(diǎn)：

DSP由于其專門用于數(shù)字信號處理，因此具有如下技術(shù)特點(diǎn)：
        ●    芯片內(nèi)包含多個(gè)乘法器；
        ●    支持專門的尋址模式，如模塊（循環(huán)）尋址（對實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器延時(shí)線很有用）、位倒序?qū)ぶ罚▽�快速傅立葉變換很有用）；
        ●    片內(nèi)Cache大，有些還具有多級Cache，片內(nèi)RAM大；
        ●    單周期可以處理多條乘加操作，即單指令多數(shù)據(jù)（SIMD）；

DSP的應(yīng)用領(lǐng)域：

●    通用信號處理（卷積、濾波、FFT）；
        ●    圖形圖像處理；
        ●    語言語音處理；
        ●    儀表儀器（頻譜分析，數(shù)字濾波、地震處理等）；
        ●    自動(dòng)控制；
        ●    醫(yī)療儀器；
        ●    國防軍事（導(dǎo)航及制導(dǎo)，雷達(dá)監(jiān)測，雷達(dá)信號處理，聲納信號處理，保密通信）；
        ●    移動(dòng)通信；