嵌入于宿主设备，智能地完成宿主设备功能的计算机就是嵌入式计算机，或简称为嵌入式。嵌入式计算机的构成：可以是单片的微控制器

  尽管嵌入式一词，80年代中期由Intel公司率先使用，但如今，嵌入式一词叫得更加响亮。然而，尽管嵌入式与宿主的服务关系依然未变，但嵌入式的构成却发生了巨大的变化。当年嵌入式的构成确实主要指的是4/8/16位的微控制器(MC)，而今所言嵌入式，就其构成来说，主要讨论的是崭新一代由RISC与DSP双核复合而成的32位微处理器形成的计算机系统。

  新一代嵌入式计算机的主要特征：是继承了整个PC机时期的技术成就，特别是进入90年代后的全球万维网(Web)技术(产品有可接入万维网的手持式PDA设备等)和多媒体技术(产品有高质量数字音响、数字视盘播放器，数码静态相机、数码视频摄像机等等）。这类嵌入式的目标是想把桌面PC机上成熟的技术拆解下来，放入手持设备或移动电子设备，供用户随时随地进行消费。全球网中行之有效的众多通信协议，多媒体的MP3、JPEG、MPEG等所采用的标准数据格式及各种库函数都使用32位格式和32位的编程软件，所以嵌入式也注定要使用32位的微处理器。

  为顺应形势发展的需要，32位手持设备用的嵌入式操作系统应运而生，著名的有Windows CE、Epoch、Palm OS等等，可见今日嵌入式的立点水平是很高的。

  新一代嵌入式主要面向手持或移动消费类设备，电池供电和低价位是重要考虑因素，这就从根本上决定了它不可能照搬PC机上原来使用的微处理器。下面先介绍嵌入式32位微处理器的技术进步，然后再举一些新型嵌入式微处理器的实例，使读者对新一代嵌入式有一个较清晰的认识。

  MP是计算机的核心部分，任务是去存储器中取指令数据，然后分解指令并对指定的操作数做处理。为此，需要有获取和分解指令的逻辑控制部分，执行指令的算术逻辑单元(ALU)，以及暂时为ALU运算方便存放中间结果的通用寄存器。

  总的说来，MP的能力取决于：指令集的操作能力；指令的位宽（每条指令涵盖信息量的位数，4/8/16/32/64位等）；每秒执行指令CISC结构的MP，不同的指令执行所需的时钟周期数是不同的，RISC结构的MP所有指令都只用一个时钟周期，而且每秒钟都能执行百万条指令以上，故而常以MIPS(每秒百万条指令)为单位来体现时钟的速度。

  MC其实就是对通用MP功能加以某些限制，使其具有某些专门用途的配套计算机。MC有以下特点：

  ·I/O接口寄存器化，常叫做特殊功能寄存器(SFR)，通过对SFR的编程能大大的提升使用外部设备的灵活性和简化对外部设备的操作；

  ·片内RAM与通用寄存器及SFR统一编程，统一访问指令的结构，简化编程；

  总之，MP面向通用，对研发和拓展功能有利；MC则面向专用，对批量的生产有利。现阶段新一代嵌入式处于研发创新阶段，所以，主要使用32位的MP，而不是MC。

  MP有两种结构，RISC(精简指令集计算机）是相对于早已存在的CISC(复杂指令集计算机）而言。手持设备的算术逻辑运算比桌面PC要求低，复杂程度也较小，一般多采用RISC结构的MP。

  ·采用Load/store指令模式，凡数据由外存到内存、内存到寄存器方向的流动统一用Load指令，而对于反方向的操作，都用store；

  ·统一用单周期指令。从根本上克服了CISC指令周期数有长有短，造成运行中偶发性不确定，致使运行失常的问题。

  为加速通信和多媒体中有关数字信号，处理中频繁遇到的循环乘加的算法，在RISC的基础上增加了硬件的乘法累加器（MAC）等原属DSP核中的核心部件。双核协同工作。各用所长，有效地提高了数据处理能力和传输速度，成为今日32位手持嵌入式设备所用微处理器的主要结构。

  RISC+DSP分立的双核结构存在两核之间互相通信的困难和分别编程的麻烦。为此发展了两核融合在一起的单核结构。同时将指令集也合二为一，简化编程提高效率。硬件简化和软件合一为处理器的可编程化提供了方便，为新产品的研制和争取上市时间做出有力的贡献。

  目前，FPGA在移动电子设备的市场上占有一席之地，因它可以将整个MP、各种外设、连同代码一起做到FPGA中，起到小型化和低功耗化的效果。移动电子设备总是需要非常高级的硬件MP，用FPGA通过软件编程的方法来实现也可以完善地解决。

  有的公司已开始用基于32位RISC/DSP单核结构的MP平台来设计多媒体的单片式系统芯片（SoC）。

  电池供电的MP/MC/DSP芯核及其它部件都需要拥有非常良好的低功耗特质。除此之外，对于构成的系统，还得采取种种措施延长电池使用寿命。它们甚至对于产品能否打开销路起举足轻重的作用。仅仅一般性来用CMOS技术并不能够确保器件可以工作于1W功率以下，按功耗优化来设计系统就是在功耗与工作速度之间进行均衡。在CPU时钟停止工作的状态下，系统还会耗费多少电能也是要研究的课题，功耗与电压的平方成反比，降低工作电压可以十分有效地减少功耗。不同部件的工艺过程不同，存在各自可以工作的低端电压。所以嵌入式设备会同时用不同电压供电。例如，设备的MP工作于1.5～2.5V，而I/O接口则工作于2.5～3V，而且不用时的接口还经常被关掉。虽然是高档的消费类产品，价位仍然不能太高。然而，32位的MP毕竟属于高级技术，单纯靠批量生产求得低价，空间存在限制，故需从科学技术进步、合理规划电路配置、加强系统运行管理等多方面求得解决。

  RISC简化原本复杂的控制电路，减少使用的晶体管数目，硅片加工工艺的进步，缩减了晶体管的尺寸、引线的长度，在提高性能、改善工作速度的同时也降低了造价。若使用半定制的FPGA，乃至SoC技术以软件代替硬件，也能别开生面地降低造价。

  由上述可见，当前嵌入式所用MP多是32位RISC+DSP双核或RISC/DSP单核结构。过去比较著名的RISC生产厂商起着基石作用。许多新兴的嵌入式厂家购买他们的RISC专利嫁接到自己的DSP核上。一些著名的生产CISC微处理器的厂家不甘心丢失嵌入式市场，也纷纷向RISC及DSP靠拢。

  ARM公司是著名RISC生产厂商，在自己生产的32位RISC MP的基础上加上DSP的单周期MAC,将CPU提升到可快速运算多媒体的算法，在手机上实现MP3的解码，并正努力在手机上实现视频功能。

  Motorola使用ARM的200MHz 920T RISC核，生产了自己的属于龙珠系列的32位MX-1高档的无线接入的移动式新产品，这中间还包括MP3和JPEG的解码播放器，以及静态的和具有视频功解的数码相机，它还同时具有集成的外设部件，该部件包括SONY存储棒、电源管理器以及LCD控制器，外设不用时即被关断，整个设备在1.8V电池下工作。龙珠系列的Super vz 更支持彩色TFT显示，A/D转换，USB以及SRAM的工作，时钟频率达66MHz。

  著名的MIPS Technologies在基于load/store 的MIPS结构之上，应用MIPS I/MIPSⅡ指令集的超集，并加进嵌入式需要的一些新指令，引用了64位MIPS R4000和R5000所特有的存储器管理和特权管理机制，以及DSP的MUL乘法、MADD（乘-加）和0→1前沿计数指令，形成称为MIPS32的新结构，它具有32个32位寄存器并向上与MIPS64结构相兼容。

  Toshiba公司购买了MIPS32 4KC核，开发了自己的TX19系列的嵌入式产品，旨在将Toshiba原有的16位CISC结构转型为32位RISC结构，开发静态数码相机/视频数码摄像机和CD-ROM播放器等产品。

  Palmchip公司也购买了MIPS32 4KC核，开发可编程的SoC平台，瞄准移动通信/计算和存储设备的嵌入式市场。

  ARC Cores的32位 ARC Tangent A4是低功耗、可编程的RISC/DSP单核结构，可按照每个用户的要求灵活地增减功能，DSP的新增功能有语音压缩与解压，另有改进的高速缓存以及高效电源等。有的IP厂商，以ARC的Tangent A4 为中心部件，研制了可编程的低功耗RISC/DSP平台。Tangent A4的核小到低于10000个门以下，其中断系统是可编程的，其数据存储器存在4级流水线，很适合集成片上外设。

  Hitachi宣布将于2001年底推出一款新型SH7727处理器。它的RISC核含有16个32位通用寄存器，5个32位控制寄存器和4个32位系统寄存器，在此核的基础上增加SuperH-3的 DSP核所形成，片上还集成了可寻址4 Gbyte寻址的MMU(存储管理单元)和LCD控制器，时钟频率在16MHz以上。CPU部分工作电压为1.35～2.05V，I/O工作电压为3～3.6V。

  Intel公司为插足移动电子设备市场，也生产了RISC/DSP结构的名为Strong ARM的SA-1110微处理器，Intel公司的奋斗目标是生产低功耗、高性能的ASSP（标准专用产品）。专用标准产品具有袖珍、无线接入、多媒体的特色，具有8Kbyte数据高速缓存、MMU、读/写缓冲器和512字节增强高速缓存，供频繁使用的结构变量所用。其软件与ARM V4相兼容，电池供电的优化是靠专利的低电压工艺技术和电源管理器来保证的，凡当前用不到的部分就停止供电。Intel的SA-1110支持MP3音频解码、MPEG-4视频解码、语音和手写输入的识别、软件Modem和Java解释程序的运行。

  新一代嵌入式市场的春光已经显现，新产品还会像雨后春笋般突现。在这一轮新的市场角逐中，我们应提供商品还是仅仅提供市场；时势呼唤着英雄！■