(2)嵌入式微处理器( Microprocessor Unit,MPU)
  MPU 是由通用计算机中的CPU 演变而来的,本质上与通用计算机的CPU 是一样的,只是在具体的实现细节和功能上有所不同。装配在专门设计的电路板上,只保留跟嵌入式应用紧密相关的功能部件,去除其他冗余功能部件,从而大幅减小系统的体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊需求,MPU 在工作温度、抗电磁干扰、可靠性方面一般都做了各种增强,在功能上会失去一些在嵌入式领域不常用的功能单元。和工业控制计算机相比,MPU 具有体积小、质量轻、成本低、可靠性高的优点,但是在电路板上必须包括ROM、RAM、总线接口、各种外设等器件,从而降低了系统的可靠性,技术保密性也比较差。由于MPU 及其存储器、总线、外设等安装在一块电路板上,称为单板计算机,如STD-BUS、PC104 等。MPU 目前主要有:intel x86、IBM PowerPC、motorola 68K/coldfire、MIPS、ARM、Hitachi SuperH 等系列。
  ARM(Advanced RISC Machines)是ARM 公司的高性能、廉价、低功耗的RISC 处理器,适用于多种领域如嵌入控制、消费/ 教育类多媒体、DSP 和移动式应用等。ARM 公司将其硬件技术授权给世界上许多的半导体厂商,包括Intel,IBM,LG,NEC,SONY,Philps 这样的大公司。关于软件系统的合伙人,则包括Microsoft、SUN 等一系列公司。ARM 公司提供一系列CPU 内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的基本体系结构,所以相同的软件理论上可在所有产品中运行目前,ARM 公司常见的处理器系列有:ARM7、ARM9、ARM10、ARM11 等。
  MIPS(Microprocessor without Interlocked Piped Stages)“无内部互锁流水线微处理器”。也是现在比较流行的一种RISC 处理器,其机制是尽量利用软件办法避免流水线中的数据相关问题早是在20 世纪80 年代初由美国斯坦福大学Hennessy 教授领导的研究小组研制出来的在嵌入式方面,仅次于ARM应用领域覆盖游戏机,移动电话,数码相机,ATM,路由器,打印机,掌上电脑等等各个方面,非常广泛。中国科学院计算所研制具有自主知识产权的龙芯1 号:32 位MIPS 处理器。
  (3)嵌入式DSP( Digital Signal Processor )处理器
  DSP在运算量较大(特别是向量运算、指针线性寻址很多)的场合发挥重要作用,对系统结构和指令进行了特殊设计,使其适合与执行DSP算法,编译效率较高,指令执行速度也较高。除了数字滤波,FFT等之外,DSP处理器在各种带有智能逻辑的产品,生物信息识别终端,实时语音编码解码系统中都得到了广泛的应用。代表性的产品是Texas Instruments公司的TMS320系列和Motorola的DSP56000系列。
  (4)嵌入式片上系统( System on Chip,SoC)
  随着VLSI技术的发展,在一个硅片上可以包括CPU、各种外设控制器(如网络控制器、LCD控制器等)等多个功能单元,构成一个完整的复杂硬件系统,这是嵌入式片上系统。
  嵌入式处理器内核可以作为SoC的一种标准库,与其他嵌入式系统外设一样,成为VLSI设计中的一种标准器件,用VHDL等语言描述,存储在器件库中用户只需定义出其整个应用系统,仿真通过后,可以将设计图交给半导体工厂制作。这样,整个嵌入式系统大部分都可以集成到一块或几块芯片中去,系统电路板将变得很简洁,对减小体积和功耗,提高可靠性非常有利。SoC可以分为通用和专用两类,市场份额比较小。
  5、 嵌入式处理器的选择
  够用原则:少量处理和少数的I/O功能,一般选用8位单片机,如数码手表、空调、冰箱等;有网络和嵌入操作系统需求,一般选用32位处理器;有信号处理和数学计算需求,一般选用DSP。
  成本原则:价格、供货渠道。
  参数原则:封装、温度、片内存储器、速度、功耗、电源管理、特殊总线接口等。
  成熟度原则:成功案例、开发板、开发包、设计方案、技术支持、团队知识结构。
  1.2 硬件产品设计与生产流程
  硬件产品设计与生产流程包括硬件需求分析、硬件系统设计、生产制造、系统调试等阶段。
  1、 硬件需求分析
  接到产品需求后,首先进行硬件需求分析,撰写硬件需求规格说明书。硬件需求分析解决的是产品需求能不能满足,怎么满足问题。
  硬件需求分析主要有下列内容:
  (1)明确系统的基本功能和主要性能指标
  (2)平台选择
  (3)运行环境
  (4)功能模块的划分
  (5)关键技术的罗列
  (6)可靠性、稳定性、电磁兼容等和成本的讨论
  (7)工艺结构
  (8)硬件测试方案
  2、 硬件系统设计
  硬件系统设计的主要任务是从系统层面进一步划分落实各功能模块,打通各模块间的接口及有关技术指标,终让系统成功运行起来的过程。
  硬件系统设计主要有下列内容:
  (1)系统总体结构图及功能划分
  (2)系统功能模块分解及相关指标确定
  (3)系统各功能块的逻辑框图,电路结构图及单板组成
  (4)单板逻辑框图和电路结构图
  (5)关键技术讨论
  简单的说,硬件系统设计是把整个系统进一步具体化,细化的过程。硬件开发总体设计是重要的环节。
  3、 硬件生产制造
  一个好的系统设计方案,要有好的可生产性和可制造性。生产制造过程简单,较高的良品率也是硬件设计追求的目标。整个生产制造过程,包括正确的BOM输出、可靠的物料来源、再到产线良好的生产工艺,都需要严格管控。
  4、 系统调试
  板子生产回来后开始系统调试。具体分为硬件调试,软硬联调和软件调试。首先完成电源,接口等硬件调试;之后进行软硬联调,软硬联调过程是很重要环节,不但可以及时发现设计中的不足,同时也可以验证设计是否能达到需求;后交给软件调试,完成上层开发直到产品开发完成。
  整体硬件生产流程图如图2,补充说明:
  1、 图表中每个阶段的大概耗时仅仅是个简单评估,具体开发过程和公司开发效率,整体设计难易程度,工厂工艺,物料环节等都有很大关系。
  2、 以上仅是产品工程样机开发周期,后续完善和量产阶段没包含在里面。

图2 整体硬件生产流程图