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包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030568175丛书名: 普通高等教育”十一五”国家级规划教材
编辑推荐
数字信号处理,高等学校,教材
内容简介
《DSP控制器原理及应用（第三版）——微控制器的软件和硬件》首先脱离具体型号介绍微处理器硬件和软件的共性概念，授人以鱼不如授人以渔；然后以8051、TMS320F28335、MSP430、MSP432举例展开共性概念，并结合数字化出版技术，设计了大量二维码辅助实验教学的资源。实验室可以配置任何型号的微控制器，控制器开发的软硬件具体内容可以采用翻转课堂教学模式，选拔部分学生在课外根据课堂介绍的方法查找对应器件手册，熟悉所用硬件平台并进行实验，然后由学生在课堂上进行讲解、演示和讨论。
微控制器类课程的学习目的是“用”，希望《DSP控制器原理及应用（第三版）——微控制器的软件和硬件》能够给学生一套用好微控制器的通用方法，并通过某一微处理器的使用，训练学生的软硬件设计能力及调试基本功。
微控制器类课程的学习目的是“用”，希望《DSP控制器原理及应用（第三版）——微控制器的软件和硬件》能够给学生一套用好微控制器的通用方法，并通过某一微处理器的使用，训练学生的软硬件设计能力及调试基本功。
目 录
目录
前言
第1章 微处理器基本概念 1
1.1 微处理器、微控制器及嵌入式处理器 1
1.2 CPU结构 4
1.2.1 控制器 4
1.2.2 运算器 6
1.3 CPU工作流程(程序引导过程) 7
1.4 CPU对存储器及接口的编址方式 8
1.4.1 程序和数据存储器的地址配置 8
1.4.2 I/O接口及编址方式 9
1.4.3 硬件接口的三要素 14
思考与习题 15
第2章 微控制器硬件框架性概念 16
2.1 MCU内部结构框架及片内外设简介 16
2.2 MCU总线概念 17
2.2.1 总线的定义和分类 17
2.2.2 微控制器总线结构 18
2.2.3 总线的基本结构 20
2.3 MCU硬件*小系统 22
2.3.1 电源和复位电路 22
2.3.2 时钟电路 23
2.3.3 总线扩展接口 25
2.3.4 JTAG接口 25
2.3.5 MCS-51系列微控制器的*小系统 26
2.4 CPU中断概念 27
2.4.1 CPU与外部的数据通信方式 28
2.4.2 查询和中断 28
2.4.3 中断的响应过程 30
2.5 微控制器建议学习方法 31
思考与习题 33
第3章 软件系统和编程语言 34
3.1 软件系统简介 34
3.2 机器语言 34
3.3 汇编语言 35
3.3.1 RISC与CISC指令集 36
3.3.2 汇编指令格式及转换 37
3.3.3 汇编伪指令 38
3.4 高级语言 39
3.5 程序流程图 40
3.5.1 程序流程图的符号和结构 41
3.5.2 画流程图的步骤 42
3.5.3 包含中断的MCU流程图画法 44
3.6 微控制器的集成开发环境 45
3.6.1 TI CCS的特点与安装 45
3.6.2 基于TI CCS的软件开发流程 52
3.6.3 基于Eclipse的CCS 58
思考与习题 59
第4章 8051微控制器及MCU常用接口简介 60
4.1 8051结构框图及总线 60
4.2 8051的CPU结构和寄存器介绍 61
4.3 8051存储器结构 63
4.3.1 8051存储空间配置及上电程序引导 63
4.3.2 片内RAM 和特殊功能寄存器及复位初值 64
4.4 8051汇编语言指令集 66
4.4.1 寻址方式 66
4.4.2 汇编指令 67
4.5 8051中断系统及汇编编程举例 71
4.6 MCU片内I/O结构 73
4.6.1 MCU的I/O结构特点 74
4.6.2 8051的P0端口 74
4.6.3 8051的P1、P2和P3端口 76
4.7 MCU片内定时/计数器 77
4.7.1 8051定时/计数器控制寄存器 77
4.7.2 8051定时/计数器控制工作方式 78
4.7.3 应用举例 80
4.8 MCU片内串行通信接口 82
4.8.1 串行通信的基本概念 82
4.8.2 8051单片机的串行通信接口 85
思考与习题 90
第5章 TMS320F28335微控制器 93
5.1 TMS320C2000简介 93
5.2 TMS320F28335的结构及主要特性 95
5.3 TMS320F28335的硬件*小系统 99
5.4 TMS320F28335存储器配置及上电程序引导 101
5.4.1 F28335的存储器配置 101
5.4.2 F28335的上电程序引导 101
5.5 F28335中断系统 104
5.5.1 F28335中断结构 104
5.5.2 中断响应和向量表 106
5.6 F28335的片内外设及实验 108
思考与习题 109
第6章 MSP430微控制器 110
6.1 MSP430的结构和特点概述 110
6.2 MSP430的实验平台简介 115
6.2.1 MSP-EXP430G2 LaunchPad 116
6.2.2 LaunchPad G2口袋实验平台 116
6.3 MSP430时钟模块结构与实验 117
6.4 MSP430片内外设模块以及实验 119
6.4.1 基础模块及实验 119
6.4.2 同步I2C模块 120
6.4.3 同步SPI模块 121
思考与习题 123
第7章 TI基于ARM核的微控制器MSP432 125
7.1 MSP432的特点概述 125
7.2 MSP432的实验平台简介及实验 126
7.3 MDK-ARM 127
思考与习题 128
参考文献 129
前言
第1章 微处理器基本概念 1
1.1 微处理器、微控制器及嵌入式处理器 1
1.2 CPU结构 4
1.2.1 控制器 4
1.2.2 运算器 6
1.3 CPU工作流程(程序引导过程) 7
1.4 CPU对存储器及接口的编址方式 8
1.4.1 程序和数据存储器的地址配置 8
1.4.2 I/O接口及编址方式 9
1.4.3 硬件接口的三要素 14
思考与习题 15
第2章 微控制器硬件框架性概念 16
2.1 MCU内部结构框架及片内外设简介 16
2.2 MCU总线概念 17
2.2.1 总线的定义和分类 17
2.2.2 微控制器总线结构 18
2.2.3 总线的基本结构 20
2.3 MCU硬件*小系统 22
2.3.1 电源和复位电路 22
2.3.2 时钟电路 23
2.3.3 总线扩展接口 25
2.3.4 JTAG接口 25
2.3.5 MCS-51系列微控制器的*小系统 26
2.4 CPU中断概念 27
2.4.1 CPU与外部的数据通信方式 28
2.4.2 查询和中断 28
2.4.3 中断的响应过程 30
2.5 微控制器建议学习方法 31
思考与习题 33
第3章 软件系统和编程语言 34
3.1 软件系统简介 34
3.2 机器语言 34
3.3 汇编语言 35
3.3.1 RISC与CISC指令集 36
3.3.2 汇编指令格式及转换 37
3.3.3 汇编伪指令 38
3.4 高级语言 39
3.5 程序流程图 40
3.5.1 程序流程图的符号和结构 41
3.5.2 画流程图的步骤 42
3.5.3 包含中断的MCU流程图画法 44
3.6 微控制器的集成开发环境 45
3.6.1 TI CCS的特点与安装 45
3.6.2 基于TI CCS的软件开发流程 52
3.6.3 基于Eclipse的CCS 58
思考与习题 59
第4章 8051微控制器及MCU常用接口简介 60
4.1 8051结构框图及总线 60
4.2 8051的CPU结构和寄存器介绍 61
4.3 8051存储器结构 63
4.3.1 8051存储空间配置及上电程序引导 63
4.3.2 片内RAM 和特殊功能寄存器及复位初值 64
4.4 8051汇编语言指令集 66
4.4.1 寻址方式 66
4.4.2 汇编指令 67
4.5 8051中断系统及汇编编程举例 71
4.6 MCU片内I/O结构 73
4.6.1 MCU的I/O结构特点 74
4.6.2 8051的P0端口 74
4.6.3 8051的P1、P2和P3端口 76
4.7 MCU片内定时/计数器 77
4.7.1 8051定时/计数器控制寄存器 77
4.7.2 8051定时/计数器控制工作方式 78
4.7.3 应用举例 80
4.8 MCU片内串行通信接口 82
4.8.1 串行通信的基本概念 82
4.8.2 8051单片机的串行通信接口 85
思考与习题 90
第5章 TMS320F28335微控制器 93
5.1 TMS320C2000简介 93
5.2 TMS320F28335的结构及主要特性 95
5.3 TMS320F28335的硬件*小系统 99
5.4 TMS320F28335存储器配置及上电程序引导 101
5.4.1 F28335的存储器配置 101
5.4.2 F28335的上电程序引导 101
5.5 F28335中断系统 104
5.5.1 F28335中断结构 104
5.5.2 中断响应和向量表 106
5.6 F28335的片内外设及实验 108
思考与习题 109
第6章 MSP430微控制器 110
6.1 MSP430的结构和特点概述 110
6.2 MSP430的实验平台简介 115
6.2.1 MSP-EXP430G2 LaunchPad 116
6.2.2 LaunchPad G2口袋实验平台 116
6.3 MSP430时钟模块结构与实验 117
6.4 MSP430片内外设模块以及实验 119
6.4.1 基础模块及实验 119
6.4.2 同步I2C模块 120
6.4.3 同步SPI模块 121
思考与习题 123
第7章 TI基于ARM核的微控制器MSP432 125
7.1 MSP432的特点概述 125
7.2 MSP432的实验平台简介及实验 126
7.3 MDK-ARM 127
思考与习题 128
参考文献 129
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第1章 微处理器基本概念
微处理器是一种软件程序驱动与外围接口芯片协同工作完成特定任务的数字集成器件。在程序指令的控制下，微处理器能很方便地完成复杂的算术、逻辑运算，更新存储器内容，控制外围设备等工作。当系统性能需要改变时，只要修改相应的程序指令，不用像硬件系统设计那样重新设计和加工整个硬件电路。对于复杂电子系统的设计，基于微处理器的设计方案要明显优于利用中小规模集成电路的设计。随着微处理器性能的提高、功能的日益强大，基于微控制器和可编程逻辑器件的数字系统设计已成为目前电子系统设计的主流。
从广义上讲，微处理器(Micro Processor Unit，MPU 或者Central Processing Unit，CPU)、微控制器(Micro Controller Unit，MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP) 、嵌入式处理器等都称为微处理器或嵌入式处理器(嵌入数字系统)，而且各集成器件制造厂家也在不断吸取别家所长，提高自己产品的竞争优势。因此，微处理器并没有一个严格的分类。但狭义地讲，CPU、MCU、DSP 和嵌入式处理器等器件的结构特点与概念有所不同，本书对其不同进行总结。
1.1 微处理器、微控制器及嵌入式处理器
1. 微处理器(CPU)
微处理器是一个功能强大的中央处理单元(CPU) ，其内部主要包括算术运算单元和控制单元(ALU 和CU)。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。*常见的微处理器是Motorola 的68K 系列和Intel 的x86 系列。“微型计算机原理”课程中就是以Intel 的80x86CPU 为例介绍微处理器的结构、指令系统、接口及应用的。
微处理器片内普遍没有用户使用的存储器、定时器和常用接口。因此，微处理器在电路板上必须外扩存储器、总线接口及常用外设接口与器件，从而降低了系统的可靠性。例如，“微型计算机原理”学习的Intel 8088/8086 CPU ，使用时需要244/245/373 构成总线，外加Intel 8087 浮点运算协处理器、并行可编程接口芯片8255A 、计数/定时器8253/8254 、DMA 控制器8237、中断控制器8259A 、串行通信接口8250/8251 等芯片，构成早期的个人计算机IBM XT/AT 的主板系统。微处理器的功耗普遍较大，如Intel 的CPU 多在20～100W。
微处理器，自20 世纪70 年代问世以来，得到了迅速的发展。以字长和典型芯片作为标志，CPU 的发展主要经历了以下几个阶段。
1971～1972 年为**阶段，主要是4 位和8 位CPU。典型产品为Intel 4004 和Intel 8008。采用机器或简单的汇编语言，指令数目少，主要用于家电和简单的控制场合。
1973～1977 年为第二阶段，主要是8 位中高档微处理器时代。典型产品为Intel 8080 和Intel 8085、Motorola 的MC6800 和Zilog 的Z80 。特点是指令系统较完善，具有典型的CPU 体系结构。
1978～1984 年为第三阶段，主要是16 位微处理器时代。典型产品为Intel 的8086/8088、80286，Motorola 的M6800 和Zilog 的Z8000。特点是指令系统更加丰富，采用多种寻址方式、硬件乘法部件等。
1985～1992 年为第四阶段，主要是32 位微处理器时代。典型产品为Intel 公司的80386/80486 、Motorola 的M68030/68040 等。同期，其他一些微处理器生产厂商，如AMD 等也推出了80386/80486 系列的芯片。特点是具有32 位数据线和32 位地址线，每秒可完成600 万条指令，为多任务的处理提供了可能。
1993～1994 年为第五阶段，主要是Pentium 系列微处理器时代。典型产品为Intel 公司的Pentium 系列芯片和与之兼容的AMD 的K6 系列微处理器芯片。特点是内部采用了流水线结构，并具有处理高速数据缓存的能力。
1995～2006 年为第六阶段，主要是P6 和NetBurst 架构的微处理器时代。P6 架构的典型产品为Intel 公司的Pentium Pro 、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ等，内部采用3 条超标量流水线结构，工作频率和总线频率显著提高。NetBurst 架构的典型产品为Pentium 4 。
2007～至今为第七阶段，采用Core 架构的酷睿系列微处理器时代。产品代表有Core 2 Dou 、Core 2 Quard、Core 2 Extreme 等。Core 2 系列为双核结构的微处理器。另外，2008 年Intel 公司还推出了64 位四内核的微处理器Core i7 。此外，Intel 公司基于14nm 制作工艺的全新Cherry Trail 芯片也已经出货，该芯片主要应用于平板电脑产品。
2. 微控制器(MCU 和DSP)
微控制器诞生于20 世纪70 年代后期，这类处理器片内除具有通用CPU 所具有的ALU 和CU，还集成有存储器(RAM/ROM)、计数器、定时器、各种通信接口、中断控制、总线、A/D 和D/A 转换器等适合实时控制的功能模块。因此，这类处理器称为单片机(Single Chip Computer) 或微控制器。经过30 多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如，电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC 、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化、家电等领域。
学过“数字信号处理技术”的读者应该还记得，像FIR 和IIR 数字滤波、卷积、快速傅里叶变换等数字信号处理算法中，乘积和(Sum of Product，SOP) 是*基本的单元。在处理器实时信号处理中，就要求完成SOP 的速度尽可能地快。20 世纪80 年代中后期，出现了一种结构更加复杂的高性能的微控制器或单片机，其内部采用多总线结构(数据和程序有各自的总线)、指令执行使用多级流水线结构(多条指令同时运行在不同阶段)、片内集成有硬件乘法器、具有进行数字信号处理的特殊指令等。这种处理器可以更加快捷地完成SOP 算法，因此得名数字信号处理器(DSP)，DSP 可以在一个指令周期完成乘法与加法。*常见的有TI 的TMS320 系列，Motorola 的MC56 和MC96 系列，AD 公司的ADSP21 系列等。
某些专用微控制器设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成微控制器，它将音乐信号以数字的形式存于存储器中，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号。这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏和错误率，也便于更换。
微控制器与微处理器相比，**的优点是将适合实时控制的一些接口和微处理器一起单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。微控制器可单独完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是微控制器**的特征。微控制器由于其体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便等优点，自问世以来，在工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的用途。可以这样说，微控制器现已渗透到人们日常工作生活的方方面面。
Intel 公司作为*早推出CPU 的公司，同样也是*早推出微控制器的公司。继1976 年推出MCS-48 后，又于1980 年推出了MCS-51 系列微控制器，产品包括8031 、8051、8751 、89C51 等。MCS-51 系列微控制器设置了经典的8 位微控制器总线结构，具有8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口；体现了工控特性的位地址空间及位操作方式。另外，指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。MCS-51 系列微控制器为发展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了基础。
在8051 技术实现开放后，Philips、Atmel 、Dallas 和Siemens 等公司纷纷推出了基于805l 内核的微控制器，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D 转换部件、可靠性技术等应用到微控制器中，增强了其外围电路的功能，强化了智能控制的特征。另外，随着技术的不断进步，这些微控制器自身性能已得到大幅提升，例如，现在Maxim/Dallas 公司提供的DS89C430 系列微控制器，其单周期指令速度已经提高到了8051 的12 倍。
8051 微控制器基于复杂指令集(Complex Instruction Set Computer，CISC) 架构，即采用一整套指令来完成各种操作。基于这种架构的微控制器除了8051 外，还有Motorola 提供的68HC 系列微控制器等。
除此之外，还有一些基于精简指令集(Reduced Instruction Set Computer，RISC) 架构的微控制器，包括Microchip 的PIC 系列8 位微控制器、Maxim 公司推出的MAXQ 系列16 位微控制器、TI 公司的MSP430 系列16 位微控制器等。
20 世纪90 年代后随着消费电子产品大发展，微控制器技术得到了巨大提高。出现了以ARM 系列、Atmel 的AVR32 为代表的32 位微控制器，尤其是ARM 系列微控制器在高端市场的使用，使其迅速进入了32 位微控制器的主流。
微控制器可从不同方面进行分类：根据数据总线宽度可分为8 位、16 位、32 位机等；根据存储器结构可分为哈佛(Harvard) 结构和冯 诺依曼(Von Neumann) 结构；根据内嵌程序存储器的类别可分为OTP、掩模、EPROM/EEPROM 和闪存Flash；根据指令结构又可分为CISC 和RISC 微控制器等。
3. 嵌入式处理器
从狭义上讲，嵌入式处理器是一种处理器的IP 核(Intellectual Property Core) 。开发公司开发出处理器结构后向其他芯片厂商授权制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整。嵌入式处理器的主要产品有ARM(Advanced RISC Machines) 公司的ARM 、Silicon Graphics 公司的MIPS 、IBM 和Motorola 联合开发的PowerPC 、Intel 的x86 和i960 芯片、AMD 的Am386EM 、Hitachi 的SH RISC 芯片等。
嵌入式处理器的主要设计者是ARM 公司，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片，是一个不生产芯片的芯片商。在全世界范围的合作伙伴超过100 个，其中包括TI、Xilinx、Samsung 、Philips、Atmel 、Motorola、Intel(典型芯片有StrongARM 和XScale) 等许多著名的半导体公司。ARM 公司专注于设计，设计的处理器内核耗电少、成本低、功能强。采用ARM 技术的微处理器遍及各类电子产品，在汽车电子、消费娱乐、成像、工业控制、网络、移动通信、手持计算、多媒体数字消费、存储安保和无线等领域无处不在。自成立至2017 年初芯片出货量累计超过一千亿片。
狭义上的嵌入式系统是指，使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统。
1.2 CPU 结构
本章以下内容主要介绍狭义的微处理器(CPU) 的硬件结构和工作流程。
CPU 芯片中制作了执行各种功能的硬件逻辑电路，它可以读懂程序指令代码，并按照一定的顺序执行，完成人们给它的任务。CPU 是一切
微处理器是一种软件程序驱动与外围接口芯片协同工作完成特定任务的数字集成器件。在程序指令的控制下，微处理器能很方便地完成复杂的算术、逻辑运算，更新存储器内容，控制外围设备等工作。当系统性能需要改变时，只要修改相应的程序指令，不用像硬件系统设计那样重新设计和加工整个硬件电路。对于复杂电子系统的设计，基于微处理器的设计方案要明显优于利用中小规模集成电路的设计。随着微处理器性能的提高、功能的日益强大，基于微控制器和可编程逻辑器件的数字系统设计已成为目前电子系统设计的主流。
从广义上讲，微处理器(Micro Processor Unit，MPU 或者Central Processing Unit，CPU)、微控制器(Micro Controller Unit，MCU)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP) 、嵌入式处理器等都称为微处理器或嵌入式处理器(嵌入数字系统)，而且各集成器件制造厂家也在不断吸取别家所长，提高自己产品的竞争优势。因此，微处理器并没有一个严格的分类。但狭义地讲，CPU、MCU、DSP 和嵌入式处理器等器件的结构特点与概念有所不同，本书对其不同进行总结。
1.1 微处理器、微控制器及嵌入式处理器
1. 微处理器(CPU)
微处理器是一个功能强大的中央处理单元(CPU) ，其内部主要包括算术运算单元和控制单元(ALU 和CU)。这种芯片往往是个人计算机和高端工作站的核心CPU。*常见的微处理器是Motorola 的68K 系列和Intel 的x86 系列。“微型计算机原理”课程中就是以Intel 的80x86CPU 为例介绍微处理器的结构、指令系统、接口及应用的。
微处理器片内普遍没有用户使用的存储器、定时器和常用接口。因此，微处理器在电路板上必须外扩存储器、总线接口及常用外设接口与器件，从而降低了系统的可靠性。例如，“微型计算机原理”学习的Intel 8088/8086 CPU ，使用时需要244/245/373 构成总线，外加Intel 8087 浮点运算协处理器、并行可编程接口芯片8255A 、计数/定时器8253/8254 、DMA 控制器8237、中断控制器8259A 、串行通信接口8250/8251 等芯片，构成早期的个人计算机IBM XT/AT 的主板系统。微处理器的功耗普遍较大，如Intel 的CPU 多在20～100W。
微处理器，自20 世纪70 年代问世以来，得到了迅速的发展。以字长和典型芯片作为标志，CPU 的发展主要经历了以下几个阶段。
1971～1972 年为**阶段，主要是4 位和8 位CPU。典型产品为Intel 4004 和Intel 8008。采用机器或简单的汇编语言，指令数目少，主要用于家电和简单的控制场合。
1973～1977 年为第二阶段，主要是8 位中高档微处理器时代。典型产品为Intel 8080 和Intel 8085、Motorola 的MC6800 和Zilog 的Z80 。特点是指令系统较完善，具有典型的CPU 体系结构。
1978～1984 年为第三阶段，主要是16 位微处理器时代。典型产品为Intel 的8086/8088、80286，Motorola 的M6800 和Zilog 的Z8000。特点是指令系统更加丰富，采用多种寻址方式、硬件乘法部件等。
1985～1992 年为第四阶段，主要是32 位微处理器时代。典型产品为Intel 公司的80386/80486 、Motorola 的M68030/68040 等。同期，其他一些微处理器生产厂商，如AMD 等也推出了80386/80486 系列的芯片。特点是具有32 位数据线和32 位地址线，每秒可完成600 万条指令，为多任务的处理提供了可能。
1993～1994 年为第五阶段，主要是Pentium 系列微处理器时代。典型产品为Intel 公司的Pentium 系列芯片和与之兼容的AMD 的K6 系列微处理器芯片。特点是内部采用了流水线结构，并具有处理高速数据缓存的能力。
1995～2006 年为第六阶段，主要是P6 和NetBurst 架构的微处理器时代。P6 架构的典型产品为Intel 公司的Pentium Pro 、Pentium Ⅱ、Pentium Ⅲ等，内部采用3 条超标量流水线结构，工作频率和总线频率显著提高。NetBurst 架构的典型产品为Pentium 4 。
2007～至今为第七阶段，采用Core 架构的酷睿系列微处理器时代。产品代表有Core 2 Dou 、Core 2 Quard、Core 2 Extreme 等。Core 2 系列为双核结构的微处理器。另外，2008 年Intel 公司还推出了64 位四内核的微处理器Core i7 。此外，Intel 公司基于14nm 制作工艺的全新Cherry Trail 芯片也已经出货，该芯片主要应用于平板电脑产品。
2. 微控制器(MCU 和DSP)
微控制器诞生于20 世纪70 年代后期，这类处理器片内除具有通用CPU 所具有的ALU 和CU，还集成有存储器(RAM/ROM)、计数器、定时器、各种通信接口、中断控制、总线、A/D 和D/A 转换器等适合实时控制的功能模块。因此，这类处理器称为单片机(Single Chip Computer) 或微控制器。经过30 多年的发展，其成本越来越低，而性能越来越强大，这使其应用已经无处不在，遍及各个领域。例如，电机控制、条码阅读器/扫描器、消费类电子、游戏设备、电话、HVAC 、楼宇安全与门禁控制、工业控制与自动化、家电等领域。
学过“数字信号处理技术”的读者应该还记得，像FIR 和IIR 数字滤波、卷积、快速傅里叶变换等数字信号处理算法中，乘积和(Sum of Product，SOP) 是*基本的单元。在处理器实时信号处理中，就要求完成SOP 的速度尽可能地快。20 世纪80 年代中后期，出现了一种结构更加复杂的高性能的微控制器或单片机，其内部采用多总线结构(数据和程序有各自的总线)、指令执行使用多级流水线结构(多条指令同时运行在不同阶段)、片内集成有硬件乘法器、具有进行数字信号处理的特殊指令等。这种处理器可以更加快捷地完成SOP 算法，因此得名数字信号处理器(DSP)，DSP 可以在一个指令周期完成乘法与加法。*常见的有TI 的TMS320 系列，Motorola 的MC56 和MC96 系列，AD 公司的ADSP21 系列等。
某些专用微控制器设计用于实现特定功能，从而在各种电路中进行模块化应用，而不要求使用人员了解其内部结构。如音乐集成微控制器，它将音乐信号以数字的形式存于存储器中，由微控制器读出，转化为模拟音乐电信号。这种模块化应用极大地缩小了体积，简化了电路，降低了损坏和错误率，也便于更换。
微控制器与微处理器相比，**的优点是将适合实时控制的一些接口和微处理器一起单片化，体积大大减小，从而使功耗和成本下降，可靠性提高。微控制器可单独完成现代工业控制所要求的智能化控制功能，这是微控制器**的特征。微控制器由于其体积小、灵活性大、价格便宜、使用方便等优点，自问世以来，在工商、金融、科研、教育、国防、航空航天等领域都有着十分广泛的用途。可以这样说，微控制器现已渗透到人们日常工作生活的方方面面。
Intel 公司作为*早推出CPU 的公司，同样也是*早推出微控制器的公司。继1976 年推出MCS-48 后，又于1980 年推出了MCS-51 系列微控制器，产品包括8031 、8051、8751 、89C51 等。MCS-51 系列微控制器设置了经典的8 位微控制器总线结构，具有8 位数据总线、16 位地址总线、控制总线及具有多机通信功能的串行通信接口；体现了工控特性的位地址空间及位操作方式。另外，指令系统趋于丰富和完善，并且增加了许多突出控制功能的指令。MCS-51 系列微控制器为发展具有良好兼容性的新一代微控制器奠定了基础。
在8051 技术实现开放后，Philips、Atmel 、Dallas 和Siemens 等公司纷纷推出了基于805l 内核的微控制器，将许多测控系统中使用的电路技术、接口技术、多通道A/D 转换部件、可靠性技术等应用到微控制器中，增强了其外围电路的功能，强化了智能控制的特征。另外，随着技术的不断进步，这些微控制器自身性能已得到大幅提升，例如，现在Maxim/Dallas 公司提供的DS89C430 系列微控制器，其单周期指令速度已经提高到了8051 的12 倍。
8051 微控制器基于复杂指令集(Complex Instruction Set Computer，CISC) 架构，即采用一整套指令来完成各种操作。基于这种架构的微控制器除了8051 外，还有Motorola 提供的68HC 系列微控制器等。
除此之外，还有一些基于精简指令集(Reduced Instruction Set Computer，RISC) 架构的微控制器，包括Microchip 的PIC 系列8 位微控制器、Maxim 公司推出的MAXQ 系列16 位微控制器、TI 公司的MSP430 系列16 位微控制器等。
20 世纪90 年代后随着消费电子产品大发展，微控制器技术得到了巨大提高。出现了以ARM 系列、Atmel 的AVR32 为代表的32 位微控制器，尤其是ARM 系列微控制器在高端市场的使用，使其迅速进入了32 位微控制器的主流。
微控制器可从不同方面进行分类：根据数据总线宽度可分为8 位、16 位、32 位机等；根据存储器结构可分为哈佛(Harvard) 结构和冯 诺依曼(Von Neumann) 结构；根据内嵌程序存储器的类别可分为OTP、掩模、EPROM/EEPROM 和闪存Flash；根据指令结构又可分为CISC 和RISC 微控制器等。
3. 嵌入式处理器
从狭义上讲，嵌入式处理器是一种处理器的IP 核(Intellectual Property Core) 。开发公司开发出处理器结构后向其他芯片厂商授权制造，芯片厂商可以根据自己的需要进行结构与功能的调整。嵌入式处理器的主要产品有ARM(Advanced RISC Machines) 公司的ARM 、Silicon Graphics 公司的MIPS 、IBM 和Motorola 联合开发的PowerPC 、Intel 的x86 和i960 芯片、AMD 的Am386EM 、Hitachi 的SH RISC 芯片等。
嵌入式处理器的主要设计者是ARM 公司，靠转让设计许可，由合作伙伴公司来生产各具特色的芯片，是一个不生产芯片的芯片商。在全世界范围的合作伙伴超过100 个，其中包括TI、Xilinx、Samsung 、Philips、Atmel 、Motorola、Intel(典型芯片有StrongARM 和XScale) 等许多著名的半导体公司。ARM 公司专注于设计，设计的处理器内核耗电少、成本低、功能强。采用ARM 技术的微处理器遍及各类电子产品，在汽车电子、消费娱乐、成像、工业控制、网络、移动通信、手持计算、多媒体数字消费、存储安保和无线等领域无处不在。自成立至2017 年初芯片出货量累计超过一千亿片。
狭义上的嵌入式系统是指，使用嵌入式微处理器构成独立系统，具有自己的操作系统并且具有某些特定功能的系统。
1.2 CPU 结构
本章以下内容主要介绍狭义的微处理器(CPU) 的硬件结构和工作流程。
CPU 芯片中制作了执行各种功能的硬件逻辑电路，它可以读懂程序指令代码，并按照一定的顺序执行，完成人们给它的任务。CPU 是一切
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