• 分析每一条指令之后执行一系列初级指令运算来完成所需的功能，这种 设计的型式被称为复杂指令集计算机(Complex Instruction Set Computer-CISC)结构．
• 一般CISC计算机所含的指令数目至少300条以上，有的甚至超过500条． • 日益庞大的指令系统不仅使计算机研制周期变长，而且还有难以调试、
RTOS核 I/O系统
硬件无关软件系统 应用程序（Applications）
RTOS库 文件系统
协议栈 （TCP/IP）
硬件抽象层——BSP&驱动
FLASH驱动 SCSI驱动 MMU驱动 Cache驱动 设备驱动
CPU
存储
硬件
外围设备
电源
应用层 系统软件层 硬件层
指令结构
RISC CISC VILW ……
• PC时代，Intel与Microsoft最大，核心价值全 部掌握在他们的手里，他们对产业链下游具 有生杀予夺的权力，PC作为一种产品，其模 式非常固定。
• 现在：谁能够找到用户的真正需求，谁将是 产业链条中的王者。
嵌入式处理器特点
可移动 低功耗
Title
集成度
• 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理 器，
嵌入式处理器
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
• 后PC时代，有一种东西，更加明显地，把整 个半导体产业链粘合在一起。这种东西叫做： “用户的真正需求”。
嵌入式处理器的特点
• 继承了整个PC机时期的技术成就； • 种类多； • 面向应用的专用芯片； • 新技术的不断应用； • 使用寿命长； • 低功耗、低电压
内容安排
什么是嵌入式处理器 嵌入式处理器体系结构
典型嵌入式处理器 嵌入式处理器开发
多核技术
• 嵌入式硬件系统
– 嵌入式处理器 – 各种类型存储器 – 模拟电路及电源 – 接口控制器及接插件
• 1979年以帕特逊教授为首的一批科学家也开始在美国加州大学伯克莱分校开展这一研 究．结果表明，CISC存在许多缺点 – 首先．在这种计算机中．各种指令的使用率相差悬殊：一个典型程序的运算过程所使 用的80％指令．只占一个处理器指令系统的20％．事实上最频繁使用的指令是取、存 和加这些最简单的指令．也就是说，机器执行的指令中85％左右的都是简单指令，复 杂指令甚少，这样-来，长期致力于复杂指令系统的设计，实际上是在设计一种难得在 实践中用得上的指令系统的处理器．同时．复杂的指令系统必然带来结构的复杂 性．这不但增加了设计的时间与成本还容易造成设计失误 – 尽管VLSI技术现在已达到很高的水平，但也很难把CISC的全部硬件做在一个芯片上， 这也妨碍单片计算机的发展．在CISC中，许多复杂指令需要极复杂的操作，这类指令 多数是某种高级语言的直接翻版，因而通用性差 – 降低被频繁调用的简单指令系统的运行速度
• 目前据不完全统计，全世界嵌入式处理器的品种 总量已经超过1000多种;
• 流行体系结构有30几个系列，其中8051体系的占 有多半。生产8051单片机的半导体厂家有20多个， 共350多种衍生产品，仅Philips有近100种。
• 现在几乎每个半导体制造商都生产嵌入式处理器, 越来越多的公司有自己的处理器设计部门。
硬件无关软件系统 应用程序（Applications）
RTOS核 I/O系统
RTOS库 文件系统
协议栈 （TCP/IP）
• 嵌入式软件系统
– 设备驱动（Device Driver） – 板级支持包（BSP） – 实时操作系统（RTOS） – 协议栈（Protocol Stack） – 应用程序（Application）
• 芯片业者：调研板级设计者的真实需求。
• 什么样的东西应该集成？ • 什么样的东西应该给予设计者灵活性？ • 什么样的部件应该在SoC内部预留更多的资
源？ • 什么样的功能应该由OS去做而不是硬件化？
• 芯片设计者真实的苦恼是不知道自己该设计 出什么，而不是自己如何实现这个设计。
嵌入式时代的产业链价值核心
• 衣服的例子
各种SOC
各种OS
技术特点 各异的板 级设计
通用 定制化
不同消费取 向的消费者
差异化的 产品
什么是用户பைடு நூலகம்真正需求
• 产品的生产厂商：挖掘消费者内心需求，向 产业链的高端寻求技术的可行性；
• 板级的设计者：进一步抽象各个产品厂家的
需求，在更基础的平台上－－各种嵌入式SoC
处理器和嵌入式操作系统－－选择实现的方 案；
体系结构
存储结构
冯诺依曼结构 哈佛结构
什么是指令系统
• 指令
– 一般含义:指明要执行的操作以及操作的对象.
• 指令系统
– CPU依靠指令来计算和控制系统 – CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配
合的指令系统 – 指令系统指CPU能识别和执行的所有指令集合
指令系统
• CISC:Complex Instruction Set Computer • RICS:Reduced Instruction Set Computer • VLIW:Very Long(Large) Instruction Word
CISC
• 计算机性能的提高往往是通过增加硬件的复杂性来获得 • 随着集成电路技术（特别是VLSI）的迅速发展，为了软件编程方便和提
高程序的运行速度，硬件工程师采用的办法是不断增加可实现复杂功能 的指令和多种灵活的编址方式。
• 使硬件越来越复杂，造价也相应提高．为实现复杂操作，微处理器除向 程序员提供类似各种寄存器和机器指令功能外．还通过存于只读存贮器 (ROM)中的微程序来实现其极强的功能
电源供应 晶振电路 重置电路
Ports
核心处理器
Prescaler
中断 控制器
Timer Processor I/O Ports
DMA
A/D
调试接口
SRAM DRAM FLASH ROM
外围电路 和存储器
外部设备
USB
LCD
KEYBOARD
IRDA
OTHERS
嵌入式系统的软件结构
• 软件系统
– 实时操作系统（RTOS） – 协议栈（Protocol Stack） – 应用程序（Application）
难以维护等一些自身无法克服的缺点。比如，IBM公司的大、中型计算机， Intel公司的8086、80286、80386微处理器等。
RISC
• 采用复杂指令系统的计算机有着较强的处理高级语言的能力，对提高计算机的性能是有益 的
• IBM公司在纽约Yorktown的JhomasI.Wason研究中心于1975年组织力量研究指令系统的合 理性问题，因为当时已感到，日趋庞杂的指令系统不但不易实现．而且还可能降低系统性 能