标签: 微处理器

  1.2.1概述   通常所说的中央处理器(Central Processing Unit,CPU)主要指运算器和控制器，是微处理器(Microproces-sor Units,MPU)最初的、基本的和通用的类型DSP是将专门的硬件乘法器固化于通用的CPU中，具有特殊结构的运算密集型的MPU,强调数据/图像处理能力MCU是经优化的嵌入式MPU，以控制电子设备为目的，强调独立自足和低成本性。     MlPU有如下主要分类方法：   (1)根据字长的不同，可以分为4位、8位、16位、32位和64位MPU。   (2)根据应用领域的不同，可以分为嵌人式、移动计算低功耗、桌面I卜算、服务器/t作站等MPU。   (3)根据性能的差异，可以分为高端、中端和低端MlPU。   (4)根据实现方式的体系结构，又可以分为复杂指令集计算机(Complex lnstrction Set Computer,CISC)和精简指令集计算机(Reduced Instm以ion Set Computer,RISC)两大类，前者的指令功能强而数量少，但实现复复杂：后者的指令数量多，但实现简单高效，RISC微处理器以其卓越的性能占据了高档工作站和服务器领域，为身的继续发展开辟出一条光明大道。而CISC微处理器继续巩固在桌面市场的地位，并且茁壮成长。     (5)从微体系结构的角度，还可以分为单发射微处理器、多发射微处理器以及単芯片多微处理器。 MPU是I十算机系统中最重要的芯片，它是整个计算机系统的控制中心和数据处理中心，现今的微处理器集成了指令控制部件、运算部件、存储控制部件、输入/输出及总线接口部件、中断部件、一级和/或二级高速缓冲存储器等，甚至集成了多个MPU。 1971年英特尔(lnlel)公司推出的世界上第一款4004 MPU芯片是一个里程碑，它带来了计算机发展的全新时代，在这短短的30多年间，MPU的功能和性能随着半导体工艺的突破而得到了飞速的提高。 微处理器的发展主要经历了下列三个时期：   (1)CJSC时期(70年代一80年代中)以Intel公司的迅速崛起为标志，CISC结构的微处理器占据了市场的主流。 (2)沼SC时期(80年代中一90年代末)ltlSC结构的微处理器主要用于高性能计算领域和嵌入式系统。 (3)后RISC时期(90年代末以后)：RISC和CISC相互借鉴继续发展，并出现了新型的结构。 我国已研制成功了多款军用通用处理器芯片，如与美国P1750A兼容的FT-50和SM9950、与Intel公司 80C196KB/KC.、80386DX/EX.、80386EX/387SX. 80486DX. 80586MMX 兼 容 的 LC80I96KB/KC20. JSC386/ 387DX33. JFM80386EX. Fr-387SX. 抗 \if 照 加 固 JFnf8O486EX. SM486DX33/66/266. RT-586-266 和 SM603e微处理器，其中FT-586.SM603o和L80C196KC20RH微处理器的原理框图和实物照片如图1.1.2、 图1.1.3和图1.8.1所示。 1.1.2 FT-586微处理器的原理框图 1.1.2 FT-586  实物照片   1.2.2 主要技术性能 处理能力是微处理器的最主要技术性能，通常采用SPEC分值来衡量，这是采用一套标准的测试程序来评定它的性能。SPEC测试程序从20世纪80年代末开始用于测试微处理器的性能，从SPEC89.SPEC92SPEC95.SPEC2000发展到现今的SPEC2006，国外目前最高性能的微处理器的SPEC2000的分值达到3000分，而国内最高性能的SPEC2000的分值只有100分左右。 其次，衡量微处理器性能的主要技术性能，还包括主频、处理速度、功耗、可靠性技术指标(工作温度、防静电保护ESD)等。根据主要技术性能的高低，一般又将微处理器分为低、中、高三档，各档次微处理器都有其应用领域和市场。 国外主要生产微处理器芯片的有Intel公司和AMD公司的×86系列、SUN公司的SPARC系列、IBM公司的 PowerPC系列、Digital公司的Alpha系列、MIPS公司的MIPS系列、HP公司的PIUSC系列等。国内主要有YHFT系列、SM系列和JSC系列等。国内具有代表性的军用微处理器芯片的主要技术性能见表1.1.1。                                            表1.1.1国内具有代表性的军用微处理器芯片的主要技术性能

　　 1．引言 　　USB2.0摄像头微处理器支持高速USB2.0接口，内嵌强劲的图像后处理单元，JPEG高速编译码器，支持高达200万像素的CMOS传感器接口和CCD传感器接口，处理器设计的产品可以实现独特的运动监测功能与脸部追踪功能，这不仅大大加强了显示效果，提高了画面的品质，更拓展了PC摄像头的应用领域，如增强的实时视频聊天功能和门禁监测系统。 　　主要功能：USB2.0高速传输并兼容USB1.1；高速图像后处理单元；JPEG高速编译码器；VGA下30帧／秒高速传输；CMOS／CCD接口；内置8比特微控制器。 　　不仪具备以上的先进特性，还拥有以下多种可扩展性：多个GPIO接口为增加连拍、LED指示灯、快捷键等功能提供了无限可能；USB2.0兼容USB1.1，为摄像头的广泛的使用增加了保障；支持多种操作系统，如64-bit Window，Windows XP，Linux，Mac，VxWorks,WinCE等等。以下就是对USB2.0摄像头微处理器的硬件设计方法及外围电路分布的介绍。 　 　2．系统硬件设计 　　2.1 振荡器 　　USB2.0摄像头微处理器的钟频是12 MHz，外部时钟频率稳定性必须小于±50ppm。图1是振荡器电路的设计参考图。 　　 2.2 复位 　　上电后，复位信号必须在低设置处停上最少10ms，才能使来自振荡器的信号稳定。芯片集将在341μs后进入稳定状态。 　　图2展示了复位电路。二极管(D)在电力关闭时用于加快电容器(C)放电的速度。如果PCB空间不足，可选择将D去除。图3为上电顺序。 　　 2.3 电源和地 　　2.3.1 电源和地的类型 　　电源供应是由数字部分和模拟部分构成。 　　2.3.2 电源电路 　　该电路使用的是单一电源供应模式。由外接电源供应3.3V的I／O电到芯片，再由其内置的PR(电源调节器)输出1.8V从DVDD引脚供应到USB-VDDL。内置PR电路需要将最少为10uF的电容放在与DVDD引脚最近的位置上。这些调节器必须能够做到在进入待机模式时自动转为低功耗状况。图4为3.3V电源电路。 　 　3、外围电路分布 　　USB2.0摄像头微处理器的外围接口分布主要有：USB2.0接口；EEPROM接口；传感器接口；其它功能PIN接口和USB2.0 PCB排版。 　　3.1 USB2.0接口 　　USB2.0接口如表2所示。 　　USB_VRES是USB接口的电压参考值。USB_VRES的下拉电阻应该更为准确(推荐值6.2K±1％Ohm)。 　　3.2 EEPROM接口 　　EEPROM接口如表3所示。 　　如需要添加新的VID和PID或传感器配置，则需用一个2-线串行EEPROM。图5是EEPROM的应用电路。 　　ESCK引脚是用来选择EEPROM大小的。当EEPROM大于16k bit时则需要一个上拉电阻。当EEPROM小于或等于16k bit时则将ESCK下拉。当要支持一颗新的CMOS传感器芯片时，则需外挂一颗64k bit的EEPROM。 　　EEPROM可帮助更改PID，但在没有EEPROM时，ESCK引脚可用来做PID的选择。 　　3.3 传感器接口 　　传感器接口有10根(10-bit)数据线。当传感器只有8根(8-bit)数据线被采用时，低两位数据线(CS_D1，CS_D0)应接成LOW的级别。在CS_CLK和CS_PCLK pin脚处接一个电阻(推荐220hm)并将它们与DSP放置的越近越好以用来减少反射的信号。 　　CS_SCK和CS_SDA都被用做为opendrain，从内部上拉。CS_PWDB控制传感器的电源。当视频打开时，CS_PWDB从低设定转变为高设定以开启传感器的电源。当视频关闭后，CS_PWDB的运作则反转过来以关闭传感器的电源。在待机模式下，由于USB待机电流限制是500uA，所以CS_PWDB也可输出低级别的设定。 　　如果PIXCLK没有给芯片反馈，传感器也可以通过设置EEPROM来运行。 　　3.4 其它功能引脚 　　TEST引脚需要用一个47KOhm的电阻将其连接到地。GPIO_FLIP和PRIVACY在正常情况下应接成HIGH。如果GPIO_FLIP是LOW，图象会旋转180度。如果PRIVACY是LOW，图象会转黑。如果需要SNAPB功能，可接一个4.7KObm的电阻到I／OPower并接一个按钮到地，按下这个按钮即可拍静态图。GPIO_PWM是用来输出一个PWM信号的。 　　3.5 USB2.0 PCB排版指南 　　USB DP和DM的传送行程由高速(F／S)USB2.0的设计指导方针来确定。 　　USB DP和DM的差分线阻抗是90ohm±15％。 　　为将ESD免疫性最大化，工业设计需使USB连接处暴露的越少越好。 　　USB DP／DM的连线要宽于22 mil(1mil=25.4μm)并有7 mil间距。按要求在DP／DM连线下需要有一条持续的地线，同时DP／DMPCB的后面的地线是不能分开的，也不能有通孔。 　　需确保不相关的信号连线、电源及元件远离DP／DM的连线。一个通用的标准是保持最少35mils的距离。 　　将大的电容器保持在USB_5V电源连接口处。 　　退耦电容器需放置在最接近芯片处。 　　如有需要可将一块铁氧体放置在USB_5V处用来扩大ESD免疫性。如不需要可在板上放置0Ohm的阻抗。铁氧体必需是低DCR(100mOhms)。如果是用mini-B型接口，则需将铁氧体放置在与芯片不同的板层。

　　ARM11系列微处理器是ARM公司近年推出的新一代RISC处理器，它是ARM新指令架构——ARMv6的第一代设计实现。 　　该系列主要有ARM1136J,ARM1156T2和ARM1176JZ三个内核型号，分别针对不同应用领域。 　　本文将对全新的ARMv6架构进行介绍，并深入分析ARM11处理器的先进特点和关键技术。 　　ARMv6结构体系 　　实现新一代微处理器的第一步就是订立一个新的结构体系。这里所说的结构体系只是对处理器行为进行描述，并不包括具体地指定处理器是如何被建造的。结构体系的定义提供了处理器和外界（操作系统,应用程序和调试支持）的接口，从细节上说，处理器结构体系定义了指令集、编程模式和最近的存储器之间的接口。 　　最新的ARM处理器架构—ARMv6，发布于2001年10月，它建立于过去十年ARM许多成功的结构体系基础上。同处理器的授权相似，ARM也向客户授权它的结构体系。比如，Intel的XScale就是基于ARMv5TE的处理器。本文也会就ARM11和Intel XScale的特点作一比较。 　　目标应用 　　ARMv6架构是根据下一代的消费类电子、无线设备、网络应用和汽车电子产品等需求而制定的。ARM11的媒体处理能力和低功耗特点，特别适用于无线和消费类电子产品；其高数据吞吐量和高性能的结合非常适合网络处理应用；另外，也在实时性能和浮点处理等方面ARM11可以满足汽车电子应用的需求。可以预言，基于AMRv6体系结构的ARM11系列处理器将在上述领域发挥巨大的作用。 　　主要特点 　　对于各种无线移动应用，毫无节制的提供高性能处理器是无用的。同成本控制类似，功耗的控制也是一个重要因素。 　　ARM11系列处理器展示了在性能上的巨大提升，首先推出350M~500MHz时钟频率的内核，在未来将上升到1GHz时钟频率（如图2）。 　　ARM11处理器在提供高性能的同时，也允许在性能和功耗间做权衡以满足某些特殊应用。通过动态调整时钟频率和供应电压，开发者完全可以控制这两者的平衡。在0.13um工艺，1.2v条件下，ARM11处理器的功耗可以低至0.4mW/MHz。 　　ARM11处理器同时提供了可综合版本和半定制硬核两种实现。可综合版本可以让客户根据自己的半导体工艺开发出各有特色的处理器内核，并保持足够灵活性。ARM实现的硬核则是为了满足那些极高性能和速度要求的应用，同时为客户节省实现的成本和时间。 　　为了让客户更方便地走完实现流程，ARM11处理器采用了易于综合的流水线结构，并和常用的综合工具以及RAM compiler良好结合，确保了客户可以成功并迅速的达到时序收敛。目前已有的ARM11处理器在不包含Cache的情况下面积小于2.7mm2，对于当前复杂的SoC设计来说，如此小的die size对芯片成本的降低是极其重要的。ARM11处理器在很多方面为软件开发者带来便利。一方面，它包含了更多的多媒体处理指令来加速视频和音频处理；另一方面，它的新型存储器系统进一步提高了操作系统的性能；此外，还提供了新指令来加速实时性能和中断的响应。 　　再次，目前有很多应用要求多处理器的配置（多个ARM内核，或ARM+DSP的组合），ARM11处理器从设计伊始就注重更容易地与其他处理器共享数据，以及从非ARM的处理器上移植软件。此外，ARM还开发了基于ARM11系列的多处理器系统——MPCORE（由二个到四个ARM11内核组成）。 　　优秀的性能 　　ARM11处理器的超强性能是由一系列的架构特点所决定的。ARMv6—决定性能的基础ARMv6架构决定了可以达到高性能处理器的基础。 　　总的来说，ARMv6架构通过以下几点来增强处理器的性能： 　　·多媒体处理扩展 　　使MPEG4编码/解码加快一倍 　　音频处理加快一倍 　　·增强的Cache结构 　　实地址Cache 　　减少Cache的刷新和重载 　　减少上下文切换的开销 　　·增强的异常和中断处理 　　使实时任务的处理更加迅速= 支持Unaligned和Mixed-endian数据访问 　　使数据共享、软件移植更简单，也有利于节省存储器空间 　　对绝大多数应用来说，ARMv6保持了100%的二进制向下兼容，使用户过去开发的程序可以进一步继承下去。ARMv6 保持了所有过去架构中的T（Thumb指令）和E（DSP指令）扩展，使代码压缩和DSP处理特点得到延续；为了加速Java代码执行速度的ARM Jazalle技术也继续在ARMv6架构中发挥重要作用。 　　ARM11处理器的内核特点 　　ARM11处理器是为了有效的提供高性能处理能力而设计的。在这里需要强调的是，ARM并不是不能设计出运行在更高频率的处理器，而是，在处理器能提供超高性能的同时，还要保证功耗、面积的有效性。ARM11优秀的流水线设计是这些功能的重要保证。

  今天的 英特尔 ，是处理器界一颗光芒耀眼的新星， PC 处理器第一宝座当之无愧。其第二季度业绩再上新台阶，核心技术数据中心管理甲天下！ 据统计英特尔数据中心的总收入增长了15.1％，击败所有的同行，包括 首屈一指的ARM。 近期，英特尔公司正在努力寻找更先进的处理器，来优化他们已经得到的数据中心。处理器越来越抽象，这使得技术供应商不得不寻找，适应英特尔数处理器与其他处理器的不同点的方法，为英特尔提供更好的服务。 英特尔一直在悄悄地发展其数据中心的管理业务，主要通过向其合作伙伴，出卖服务器技术盈利。今年英特尔数据中心的总收入约为2.8亿美元，去年总收入为2.43亿美元。 英特尔采用的是X86架构，这就是英特尔处理器和目前其他处理器最大的区别所在，X86架构采用复杂指令集，拥有很强的性能，但也存在功耗大的困扰。ARM目前采用A9架构的双核芯片，这款由台积电代工、采用40纳米工艺的芯片，首次把主频提升到了2.0G，不仅可供手机、平板电脑采用，同样可以满足笔记本产品的需求。 英特尔与 ARM的竞争重点是处理器功耗和性能的最优，本质上是两种产业模式的竞争。 这里是英特尔与 ARM 处理器的比较：   英特尔 vs ARM ：微处理器第一宝座花落谁家？ 你可能会认为，公司将削减其数据中心的预算。Uptime Institute上周的数据分析结果打破这个可能。约49％的受访者表示，私人云数据的支出比去年增长了35％。超过一半的受访者表示，他们的数据中心的预算同样出现上升趋势。 节点管理器和数据中心管理器（ DCM ）是英特尔的核心产品。 根据数据中心的动态分析，节点管理器固件负责提取功率和温度数据，DCM之上的固件作为中间纽带，从每个固件的提供处聚合数据。 惠普，戴尔和IBM是英特尔DCM技术最重要的合作伙伴，合作伙伴还包括EMC和NetApp等存储公司。英特尔依靠数据中心技术，比其他PC客户端平台，获得了更好的利润。竞争推动创新，创新推动发展，在不断的竞争中，英特尔在解决功耗大的问题上取得突破，指日可待！   转载请注明出处:http://www.zuitech.com/11544.html

美国弗吉尼亚联邦大学(Virginia Commonwealth University，VCU)的研究团队宣布获得了美国国家科学基金会(NSF)与Semiconductor Research纳米电子学研究专案(Nanoelectronics Research Initiative)所提供、总额175万美元的补助金，将开发可应用于 嵌入式系统 、且不必依赖 电池 供电的高性能、省电微 处理器 。   该 研究专案将以VCU研究团队在今年8月于《Applied Physics Letters》期刊发表的一篇论文为基础，是以特制的微型纳米磁体(nanomagnet)取代晶体管，并也能处理数字信息，在理论上可将发热减少 1,000倍至1万倍。这个研究团队是由VCU工程学院所主导，将与弗吉尼亚大学(University of Virginia in Charlottesville)、密西根大学(Michigan at Ann Arbor)以及加州大学(University of California at Riverside)合作，将理论化为真实的运算元件。   “这个计划的目标是建立全新的数字运算 技术典范(paradigm)，那会是非常省电的，并可望让我们在单芯片上容纳更多的运算单元，完全不必担心过热的问题；”VCU研究专案的共同首席研究 员暨该校工程学院电子与电脑系教授Supriyo Bandyopadhyay表示，“这将使目前的电脑设备运算能力得以提高。”   随着工程师们依据摩尔定律(Moore's Law)微缩处理器，并在芯片上容纳了更多的晶体管，却也面临了如何更有效地为这些晶体管散热的挑战。目前公认降低晶体管开关时的发热，会是解决此问题的最佳方法。   根据Bandyopadhyay与担任该计划共同首席研究员的VCU工程学院机械与核子工程学系副教授Jayasimha Atulasimha，此研究可望建立一种适用于 医疗装置 的数字运算系统，例如可做为癫痫患者脑部植入装置内的处理器，用以监测病患大脑信号、在癫痫症状发作前提出警告。这种处理器将通过 能量采集 取得电力，只要靠患者头部运动就能工作，不用配备电池。   在扫描电子显微镜下的微型磁体，其直径小于100纳米，比人类头发的直径小1,000倍 (图片来源：VCU)   《电子工程专辑》网站版权所有，谢绝转载   原文链接： http://www.eet-china.com/ART_8800650756_621496_NT_2872523b.HTM