電子技術(shù)發(fā)展

吉林工程技術(shù)師范學(xué)院電子技術(shù)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀安曉峰An-xf@163.com

提綱一、電子技術(shù)發(fā)展的里程碑二、現(xiàn)代通用電子技術(shù)三、現(xiàn)代專用電子技術(shù)四、我國電子技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀1、1883年-1904年，電子管的問世階段；（一)必不可少的一步——電子管的問世一、電子技術(shù)發(fā)展的里程碑1883年愛迪生白熾照明燈奇特的現(xiàn)象電子云愛迪生效應(yīng)1884年弗萊明20世紀初有線電報高頻無線電波整流聲音高頻整流器必不可少的一步——電子管的問世1904年弗萊明真空中加熱的電絲板極第一只電子管二極管電子管收音機德福雷斯特一個柵板第一只真空三極管推動了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展年產(chǎn)10億只無線電電子管

電子管除應(yīng)用于電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領(lǐng)域，將新聞、教育節(jié)目、文藝和音樂播送到千家萬戶。就連飛機、雷達、火箭的發(fā)明和進一步發(fā)展，也有電子管的一臂之力。

（二）三條腿的魔術(shù)師電子管的缺點十分笨重，能耗大、壽命短、噪聲大，制造工藝也十分復(fù)雜

第二次世界大戰(zhàn)中，電子管的缺點更加暴露無遺。在雷達工作頻段上使用的普通的電子管，效果極不穩(wěn)定。移動式的軍用器械和設(shè)備上使用的電子管更加笨拙，易出故障。因此，電子管本身固有的弱點和迫切的戰(zhàn)時需要，都促使許多科研單位和廣大科學(xué)家，集中精力，迅速研制成功能取代電子管的固體元器件。

早在30年代，模仿制造真空三極管的方法來制造固體三極管，這些嘗試毫無例外都失敗了。1948年初，在美國物理學(xué)會的一次會議上，柏杜大學(xué)的布雷和本澤報告了他們在鍺的點接觸方面所進行的實驗及其發(fā)現(xiàn)。

在1948年6月30日，貝爾實驗室首次在紐約向公眾展示了晶體管（肖克利、巴丁和布拉頓）。1956年獲最高科學(xué)獎——諾貝爾物理學(xué)獎。

當時的點接觸晶體管同礦石檢波器一樣，利用觸須接點，很不穩(wěn)定，噪聲大，頻率低，放大功率小，性能還趕不上電子管，制作又很困難。1948年11月，肖克利構(gòu)思出一種新型晶體管，其結(jié)構(gòu)像“三明治”夾心面包那樣，把N型半導(dǎo)體夾在兩層P型半導(dǎo)體之間。由于當時技術(shù)條件的限制，研究和實驗都十分困難。直到1950年，人們才成功地制造出第一個PN結(jié)型晶體管。（二）三條腿的魔術(shù)師電子技術(shù)發(fā)展史上一座里程碑同電子管相比，晶體管具有諸多優(yōu)越性：①晶體管的構(gòu)件是沒有消耗的，晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍,②晶體管消耗電子極少，僅為電子管的十分之一或幾十分之一。③晶體管不需預(yù)熱，一開機就工作④晶體管結(jié)實可靠，比電子管可靠100倍，耐沖擊、耐振動，這都是電子管所無法比擬的。

另外，晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一，放熱很少，可用于設(shè)計小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密，但工序簡便，有利于提高元器件的安裝密度。

自從1904年弗萊明發(fā)明真空二極管，1906年德福雷斯特發(fā)明真空三極管以來，電子學(xué)作為一門新興學(xué)科迅速發(fā)展起來。但是電子學(xué)真正突飛猛進的進步，還應(yīng)該是從晶體管發(fā)明以后開始的。尤其是PN結(jié)型晶體管的出現(xiàn)，開辟了電子器件的新紀元，引起了一場電子技術(shù)的革命。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

電子管的發(fā)明使電子設(shè)備發(fā)生了革命性變化。但是電子管體大易碎，費電又不可靠。因此，晶體管的問世被譽為本世紀最偉大的發(fā)明之一，它解決了電子管存在的大部分問題。

可是單個晶體管的出現(xiàn)，仍然不能滿足電子技術(shù)飛速發(fā)展的需要。隨著電子技術(shù)應(yīng)用的不斷推廣和電子產(chǎn)品發(fā)展的日趨復(fù)雜，電子設(shè)備中應(yīng)用的電子器件越來越多。

比如二次世界大戰(zhàn)末出現(xiàn)的B29轟炸機上裝有1千個電子管和1萬多個無線電元件。1960年上市的通用型號計算機有10萬個二極管和2.5萬個晶體管。

一個晶體管只能取代一個電子管，極為復(fù)雜的電子設(shè)備中就可能要用上百萬個晶體管。一個晶體管有3條腿，復(fù)雜一些的設(shè)備就可能有數(shù)百萬個焊接點，稍一不慎，就極有可能出現(xiàn)故障。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

為確保設(shè)備的可靠性，縮小其重量和體積，人們迫切需要在電子技術(shù)領(lǐng)域來一次新的突破。1957年蘇聯(lián)成功地發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星。這一震驚世界的消息引起了美國朝野的極大震動，它嚴重挫傷了美國人的自尊心和優(yōu)越感，發(fā)達的空間技術(shù)是建立在先進的電子技術(shù)基礎(chǔ)上的。

為奪得空間科技的領(lǐng)先地位，美國政府于1958年成立了國家航空和宇航局，負責(zé)軍事和宇航研究，為實現(xiàn)電子設(shè)備的小型化和輕量化，投入了天文數(shù)字的經(jīng)費。

就是在這種激烈的軍備競賽的刺激下，在已有的晶體管技術(shù)的基礎(chǔ)上，一種新興技術(shù)誕生了，那就是今天大放異彩的集成電路。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

有了集成電路，計算機、電視機等與人類社會生活密切相關(guān)的設(shè)備不僅體積小了，功能也越來越齊全了，給現(xiàn)代人的工作、學(xué)習(xí)和娛樂帶來了極大便利。

那么，什么是集成電路呢？集成電路是在一塊幾平方毫米的極其微小的半導(dǎo)體晶片上，將成千上萬的晶體管、電阻、電容、包括連接線做在一起。真正是立錐之地布千軍。它是材料、元件、晶體管三位一體的有機結(jié)合。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

本質(zhì)上，集成電路是最先進的晶體管——外延平面晶體制造工藝的延續(xù)。集成電路設(shè)想的提出，同晶體管密切相關(guān)。1952年，英國皇家雷達研究所的一位著名科學(xué)家達默，在一次會議上曾指出：“隨著晶體管的出現(xiàn)和對半導(dǎo)體的全面研究，現(xiàn)在似乎可以想象，未來電子設(shè)備是一種沒有連接線的固體組件。”（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

后來，一個叫基爾比的美國人步達默的后塵，走上了研究固體組件這條崎嶇的小路?；鶢柋犬厴I(yè)于伊利諾斯大學(xué)電機工程系。1952年一個偶然機會，基爾比參加了貝爾實驗室的晶體管講座。富于創(chuàng)造性的基爾比一下子就被晶體管這個小東西迷住了。當時，他在一家公司負責(zé)一項助聽器研究計劃。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

記不清多少次苦苦思索，多少回實驗，多少次挫折，經(jīng)過長時間的孤軍奮戰(zhàn)，到1959年，一塊集成電路板終于在基爾比的手中誕生了。

在晶體管技術(shù)基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的集成電路，帶來了微電子技術(shù)的突飛猛進。微電子技術(shù)的不斷進步，極大降低了晶體管的成本，在1960年，生產(chǎn)1只晶體管要花10美元，而今天，1只嵌入集成電路里的晶體管的成本還不到1美分。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)

這使晶體管的應(yīng)用更為廣泛了。不僅如此，微電子技術(shù)通過微型化、自動化、計算機化和機器人化，將從根本上改變?nèi)祟惖纳?。它正在沖擊著人類生活的許多方面：勞動生產(chǎn)、家庭、政治、科學(xué)、戰(zhàn)爭與和平。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)電子技術(shù)的發(fā)展可分為四個階段：第一階段，電子產(chǎn)品以電子管為核心。第二階段，四十年代末世界上誕生了第一只半導(dǎo)體三極管，在很大范圍內(nèi)取代了電子管。第三階段，五十年代末期，世界上出現(xiàn)了第一塊集成電路第四階段，大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)。（三）現(xiàn)代電子技術(shù)的基礎(chǔ)二、現(xiàn)代通用電子技術(shù)（一）數(shù)字信號處理器DSP（二）嵌入式系統(tǒng)ARM（三）EDA技術(shù)二、現(xiàn)代通用電子技術(shù)（一）數(shù)字信號處理器DSP(DigitalSignalProcessor）是在模擬信號變換成數(shù)字信號以后進行高速實時處理的專用處理器，其處理速度比最快的CPU還快10－50倍。

在當今的數(shù)字化時代背景下，DSP已成為通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件，被譽為信息社會革命的旗手。業(yè)內(nèi)人士預(yù)言，DSP將是未來集成電路中發(fā)展最快的電子產(chǎn)品，并成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素，它將徹底變革人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式。1、DSP的發(fā)展歷程（一）數(shù)字信號處理器DSP

DSP發(fā)展歷程大致分為70年代的理論先行、80年代的產(chǎn)品普及、90年代的突飛猛進三個階段。

在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但由于MPU較低的處理速度不快，根本就無法滿足越來越大的信息量的高速實時要求。

因此應(yīng)用更快更高效的信號處理方式成了日漸迫切的社會需求，到了70年代，有人提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。但那時的DSP僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。1、DSP的發(fā)展歷程

隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了首枚DSP芯片。這種DSP器件采用微米工藝NMOS技術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比MPU快了幾十倍，尤其在語音合成和編碼解碼器中得到了廣泛應(yīng)用。1、DSP的發(fā)展歷程

至80年代中期，隨著CMOS技術(shù)的進步與發(fā)展，第二代基于CMOS工藝的DSP芯片應(yīng)運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。

80年代后期，第三代DSP芯片問世，運算速度進一步提高，其應(yīng)用于范圍逐步擴大到通信、計算機領(lǐng)域。1、DSP的發(fā)展歷程90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件。

現(xiàn)在的DSP屬于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。1、DSP的發(fā)展歷程

這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計算機領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM領(lǐng)域。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DSP產(chǎn)品的應(yīng)用已擴大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個方面，并逐漸成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。目前，對DSP爆炸性需求的時代已經(jīng)來臨，前景十分可觀。1、DSP的發(fā)展歷程2、DSP的應(yīng)用領(lǐng)域DSP應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用市場為3C(Communication、Computer、Consumer－通信、計算機、消費類)領(lǐng)域，占去了整個市場需求的90％。（1）數(shù)字蜂窩電話

數(shù)字蜂窩電話是DSP最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。由于DSP具有強大的計算能力，使得移動通信的蜂窩電話重新崛起，并創(chuàng)造了一批諸如GSM、CDMA等全數(shù)字蜂窩電話網(wǎng)。由于采用DSP技術(shù)，蜂窩電話的更新?lián)Q代變得更為容易，只需在統(tǒng)一的硬件平臺基礎(chǔ)上，通過軟件的不斷升級而生產(chǎn)出各式各樣的新款手機。2、DSP的應(yīng)用領(lǐng)域（2）調(diào)制解調(diào)技術(shù)（Modem）

在Modem技術(shù)器件中，DSP更是成效卓著。56Kbps的Modem才問世三年，最近又開發(fā)出ADSLModem，其傳輸速率已高達6.3Mbps，且具有接收動態(tài)圖像能力。

ADSLModem不僅可以使更多的用戶上因特網(wǎng)，而且使以前需10分鐘下載的文件變得只需短短的5秒鐘。2、DSP的應(yīng)用領(lǐng)域（3）個人電腦（PC機）

可編程多媒體DSP是PC領(lǐng)域的主流產(chǎn)品。以XDSLModem為代表的高速通信技術(shù)與MPEG圖像技術(shù)相結(jié)合，使得高品位的音頻和視頻形式的計算機數(shù)據(jù)有可能實現(xiàn)實時交換。目前的硬盤空間大得簡直是“海量”，這主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。預(yù)計在今后的PC機中，一個DSP即可完成全部所需的多媒體處理功能。2、DSP的應(yīng)用領(lǐng)域（4）消費類電子產(chǎn)品DSP是消費類電子產(chǎn)品中的關(guān)鍵器件。由于DSP的廣泛應(yīng)用，數(shù)字音響設(shè)備的更新?lián)Q代周期變得如此短暫。用于圖像處理的DSP，目前已形成一個品種不少的產(chǎn)品群。一種是JPEG標準的靜態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理DSP；另一種是用于動態(tài)圖像數(shù)據(jù)處理的DSP。2、DSP的應(yīng)用領(lǐng)域3、DSP的市場規(guī)模DSP市場正處于高速成長的階段。在數(shù)字化、個人化和網(wǎng)絡(luò)化的推動下，1997年世界DSP市場營銷額超過32億美元，預(yù)計未來的年均增長率高達40％，至2007年，世界DSP市場營銷額將突破500億美元。如此高速增長，將吸引著越來越多的半導(dǎo)體廠商爭相競放，但目前只有幾家廠商企業(yè)占據(jù)了絕大部分的市場份額，其中TI公司獨占鰲頭，占世界市場45％的份額，其次是朗訊（28％）、ADI（12％）、摩托羅拉（12％）、其他公司（3％）。（1）TI獨占鰲頭

TI（TexasInstruments）公司是DSP業(yè)界公認的龍頭老大。TI產(chǎn)品遍及全球，每2個數(shù)字蜂窩電話中就有1個采用TI產(chǎn)品，全世界90％的硬盤和33％的Modem均采用TI的DSP技術(shù)。（2）朗訊不甘示弱朗訊（Lucent）公司的DSP業(yè)務(wù)主要集中在通信產(chǎn)品上，在看好GSM移動電話市場的同時，已經(jīng)將目光移向下一代移動通信系統(tǒng)CDMA。在下一代ADSLModem的開發(fā)工作中，朗訊也不甘示弱，目前已投入該市場。3、DSP的市場規(guī)模（3）ADI緊追不舍

ADI（AnalogDevicesInc.模擬器件公司）緊緊瞄準DSP技術(shù)的發(fā)展方向，不斷開發(fā)新產(chǎn)品，并聲稱在每一個DSP市場上與TI公司較量，力爭成為DSP業(yè)界的Intel。ADI制定了一系列計劃并進行了廣泛宣傳，以通過大量消費類設(shè)備來定位自己的客戶對象和應(yīng)用方向。ADI另一個重要目標是車載移動電話設(shè)備，在該領(lǐng)域，ADI處于領(lǐng)先地位。3、DSP的市場規(guī)模4、DSP技術(shù)展望（1）系統(tǒng)級集成DSP是潮流

縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術(shù)發(fā)展方向。當前的DSP多數(shù)基于RISC（精簡指令集計算）結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進DSP芯核，并將幾個DSP芯核、MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個芯片上，成為DSP系統(tǒng)級集成電路。TI公司的TMS320C80代表當今DSP領(lǐng)域中的最高水平，它在一塊芯片上集成了4個DSP、1個RISC處理器、1個傳輸控制器、2個視頻控制器。這樣的芯片通常稱之為MVP（多媒體視頻處理器）。它可支持各種圖像規(guī)格和各種算法，功能相當強。4、DSP技術(shù)展望（1）系統(tǒng)級集成DSP是潮流（2）可編程DSP是主導(dǎo)產(chǎn)品可編程DSP給生產(chǎn)廠商提供了很大的靈活性。生產(chǎn)廠商可在同一個DSP平臺上開發(fā)出各種不同型號的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。同時，可編程DSP也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。許多微控制器能做的事情，使用可編程DSP將做得更好更便宜。例如冰箱、洗衣機，這些原來裝有微控制器的家電如今已換成可編程DSP來進行大功率電機控制。據(jù)統(tǒng)計，去年的可編程DSP銷售額占了整個DSP市場的60％份額，預(yù)計今后的比重將逐年增大。4、DSP技術(shù)展望（3）追求更高的運算速度

目前一般的DSP運算速度為100MIPS，即每秒鐘可運算1億條指令。TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（VeryLongInstructionWord超長指令字）結(jié)構(gòu)設(shè)計，其處理速度已高達2000MIPS。當前DSP器件大都采用0.5μm－－0.35μmCMOS工藝，按照CMOS的發(fā)展趨勢，DSP的運算速度再提高100倍（達到1600GIPS）是完全有可能的。4、DSP技術(shù)展望（4）定點DSP是主流從理論上講，雖然浮點DSP的動態(tài)范圍比定點DSP大，且更適合于DSP的應(yīng)用場合，但定點運算的DSP器件的成本較低，對存儲器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點運算的可編程DSP器件仍是市場上的主流產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，目前銷售的DSP器件中的80％以上屬于16位定點可編程DSP器件，預(yù)計今后的比重將逐漸增大。4、DSP技術(shù)展望（二）嵌入式系統(tǒng)ARM1現(xiàn)代計算機的技術(shù)發(fā)展史(1)始于微型機時代的嵌入式應(yīng)用

電子數(shù)字計算機誕生于1946年，在其后漫長的歷史進程中，計算機始終是供養(yǎng)在特殊的機房中，實現(xiàn)數(shù)值計算的大型昂貴設(shè)備。

直到20世紀70年代，微處理器的出現(xiàn)，計算機才出現(xiàn)了歷史性的變化。

以微處理器為核心的通用微型計算機；實現(xiàn)對象體系的智能化控制的嵌入式計算機。

例如，將微型計算機經(jīng)電氣加固、機械加固，并配置各種外圍接口電路，安裝到大型艦船中構(gòu)成自動駕駛儀或輪機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。(2)現(xiàn)代計算機技術(shù)的兩大分支（二）嵌入式系統(tǒng)ARM（二）嵌入式系統(tǒng)ARM2、

嵌入式系統(tǒng)的定義與特點（1）嵌入式系統(tǒng)的定義按照歷史性、本質(zhì)性、普遍性要求，嵌入式系統(tǒng)應(yīng)定義為：“嵌入到對象體系中的專用計算機系統(tǒng)”?！扒度胄浴?、“專用性”與“計算機系統(tǒng)”是嵌入式系統(tǒng)的三個基本要素。對象系統(tǒng)則是指嵌入式系統(tǒng)所嵌入的宿主系統(tǒng)。

（2）嵌入式系統(tǒng)的特點

嵌入式系統(tǒng)的特點與定義不同，它是由定義中的三個基本要素衍生出來的。不同的嵌入式系統(tǒng)其特點會有所差異。

與“嵌入性”的相關(guān)特點：由于是嵌入到對象系統(tǒng)中，必須滿足對象系統(tǒng)的環(huán)境要求，如物理環(huán)境（小型）、電氣/氣氛環(huán)境（可靠）、成本（價廉）等要求。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM

與“專用性”的相關(guān)特點：軟、硬件的裁剪性；滿足對象要求的最小軟、硬件配置等。

與“計算機系統(tǒng)”的相關(guān)特點：嵌入式系統(tǒng)必須是能滿足對象系統(tǒng)控制要求的計算機系統(tǒng)。與上兩個特點相呼應(yīng)，這樣的計算機必須配置有與對象系統(tǒng)相適應(yīng)的接口電路。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM

（3）嵌入式系統(tǒng)的種類

按照上述嵌入式系統(tǒng)的定義，只要滿足定義中三要素的計算機系統(tǒng)，都可稱為嵌入式系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)按形態(tài)可分為設(shè)備級（工控機）、板級（單板、模塊）、芯片級（MCU、SoC）

技術(shù)發(fā)展方向是滿足嵌入式應(yīng)用要求，不斷擴展對象系統(tǒng)要求的外圍電路（如ADC、DAC、PWM、日歷時鐘、電源監(jiān)測、程序運行監(jiān)測電路等），形成滿足對象系統(tǒng)要求的應(yīng)用系統(tǒng)。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM3、嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展道路(1)單片機開創(chuàng)了嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路

在探索單片機的發(fā)展道路時，有過兩種模式，即“Σ模式”與“創(chuàng)新模式”?！唉材Ｊ健北举|(zhì)上是通用計算機直接芯片化的模式，它將通用計算機系統(tǒng)中的基本單元進行裁剪后，集成在一個芯片上，構(gòu)成單片微型計算機；（二）嵌入式系統(tǒng)ARM“創(chuàng)新模式”則完全按嵌入式應(yīng)用要求設(shè)計全新的，滿足嵌入式應(yīng)用要求的體系結(jié)構(gòu)、微處理器、指令系統(tǒng)、總線方式、管理模式等。Intel公司的MCS-48、MCS-51就是按照創(chuàng)新模式發(fā)展起來的單片形態(tài)的嵌入式系統(tǒng)（單片微型計算機）。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM(2)單片機的技術(shù)發(fā)展史

單片機誕生于20世紀70年代末，經(jīng)歷了SCM、MCU、SoC三大階段。SCM即單片微型計算機（SingleChipMicrocomputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結(jié)構(gòu)?！皠?chuàng)新模式”獲得成功，奠定了SCM與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。（二）嵌入式系統(tǒng)ARMMCU即微控制器（MicroControllerUnit）階段，主要的技術(shù)發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應(yīng)用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM

單片機是嵌入式系統(tǒng)的獨立發(fā)展之路，向MCU階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應(yīng)用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了SoC化趨勢。隨著微電子技術(shù)、IC設(shè)計、EDA工具的發(fā)展，基于SoC的單片機應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計已有較大的發(fā)展（ARM、ASIC）。（二）嵌入式系統(tǒng)ARM4嵌入式系統(tǒng)的兩種應(yīng)用模式

電子技術(shù)應(yīng)用工程師以自己習(xí)慣性的電子技術(shù)應(yīng)用模式，從事單片機的應(yīng)用開發(fā)

計算機專業(yè)人士的介入，形成的計算機應(yīng)用模式帶有明顯的計算機的工程應(yīng)用特點，即基于嵌入式系統(tǒng)軟、硬件平臺，以網(wǎng)絡(luò)、通信為主的非嵌入式底層應(yīng)用。ARM7、ARM9、ARM10、ARM11（二）嵌入式系統(tǒng)ARMMCS48、MCS51、MCS8098、MCS8088(8087)、ARM1、ARM2、ARM2aS、ARM3、ARM6、ARM600、ARM610、ARM7、ARM700、ARM710、ARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740T、StrongARM、ARM8、ARM810、ARM9、ARM9TDMI、ARM920T、ARM940T、ARM9E-S、ARM10、ARM10TDMI、ARM1020E、ARM11、ARM11、ARM1156T2-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZ-S、ARM11JZF-S5、ARM核體系結(jié)構(gòu)（二）嵌入式系統(tǒng)ARMARM6、ARM600、ARM610V3ARM7、ARM700、ARM710V3ARM7TDMI、ARM710T、ARM720T、ARM740TV4T

StrongARM、ARM8、ARM810V4

ARM9TDMI、ARM920T、ARM940TV4T

ARM9E-SV5TE

ARM10TDMI、ARM1020EV5TE

ARM11、ARM1156T2-S、ARM1156T2F-S、ARM1176JZ-S、ARM11JZF-SV6ARM核體系結(jié)構(gòu)

ARM1V1

ARM2V2ARM2aS、ARM3V2a

核體系結(jié)構(gòu)

ARM1V1：地址空間是26位

ARM2V2：26位地址的機器，含了對32位結(jié)果的乘法指令和協(xié)處理器的支持

ARM2aS、ARM3V2a

版本2a是版本2的變種，ARM3新片是采用了版本2a和第一片具有片上Cache的ARM處理器。版本2增加了合并Load和Store（SWP）指令，并引入了使用協(xié)處理器15作為系統(tǒng)控制協(xié)處理器來管理Cache。（二）嵌入式系統(tǒng)ARMv3結(jié)構(gòu)

32位地址。thumb狀態(tài)：16位指令。長乘法支持（32*32=>64或者32*32+64=>64）v4結(jié)構(gòu)

加入了半字存儲操作。v5結(jié)構(gòu)

：thumb指令，dsp指令，java指令v6結(jié)構(gòu)：thumb指令，dsp指令，java指令，media指令（二）嵌入式系統(tǒng)ARM（三）EDA技術(shù)1

EDA技術(shù)的概念及范疇EDA技術(shù)是在電子CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計算機軟件系統(tǒng)，是指以計算機為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進行電子產(chǎn)品的自動設(shè)計。

現(xiàn)在對EDA的概念或范疇用得很寬。包括在機械、電子、通信、航空航天、化工、礦產(chǎn)、生物、醫(yī)學(xué)、軍事等各個領(lǐng)域，都有EDA的應(yīng)用。EDA設(shè)計可分為系統(tǒng)級、電路級和物理實現(xiàn)級。2．EDA技術(shù)的發(fā)展

回顧近30年電子設(shè)計技術(shù)的發(fā)展歷程，可將EDA技術(shù)分為三個階段。(1)七十年代為CAD階段，這一階段人們開始用計算機輔助進行IC版圖編輯和PCB布局布線，取代了手工操作，產(chǎn)生了計算機輔助設(shè)計的概念。（三）EDA技術(shù)(2)八十年代為CAE階段，與CAD相比，除了純粹的圖形繪制功能外，又增加了電路功能設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并且通過電氣連接網(wǎng)絡(luò)表將兩者結(jié)合在一起，以實現(xiàn)工程設(shè)計，這就是計算機輔助工程的概念。

CAE的主要功能是：原理圖輸入，邏輯仿真，電路分析，自動布局布線，PCB后分析。（三）EDA技術(shù)(3)九十年代為ESDA階段。盡管CAD/CAE技術(shù)取得了巨大的成功，但并沒有把人從繁重的設(shè)計工作中徹底解放出來。在整個設(shè)計過程中，自動化和智能化程度還不高，各種EDA軟件界面千差萬別，學(xué)習(xí)使用困難，并且互不兼容，直接影響到設(shè)計環(huán)節(jié)間的銜接?；谝陨喜蛔悖藗冮_始追求貫徹整個設(shè)計過程的自動化，這就是ESDA即電子系統(tǒng)設(shè)計自動化。（三）EDA技術(shù)3．ESDA技術(shù)的基本特征ESDA代表了當今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向，它的基本特征是：設(shè)計人員按照"自頂向下"的設(shè)計方法，對整個系統(tǒng)進行方案設(shè)計和功能劃分，系統(tǒng)的關(guān)鍵電路用一片或幾片專用集成電路（ASIC）實現(xiàn)，然后采用硬件描述語言（HDL）完成系統(tǒng)行為級設(shè)計，最后通過綜合器和適配器生成最終的目標器件。（三）EDA技術(shù)（1）“自頂向下”的設(shè)計方法----10年前，電子設(shè)計的基本思路還是選擇標準集成電路“自底向上”（Bottom-Up）地構(gòu)造出一個新的系統(tǒng)，這樣的設(shè)計方法就如同一磚一瓦地建造金字塔，不僅效率低、成本高而且還容易出錯。----高層次設(shè)計給我們提供了一種"自頂向下"（Top-Down）的全新的設(shè)計方法，這種設(shè)計方法首先從系統(tǒng)設(shè)計入手，在頂層進行功能方框圖的劃分和結(jié)構(gòu)設(shè)計。（三）EDA技術(shù)

在方框圖一級進行仿真、糾錯，并用硬件描述語言對高層次的系統(tǒng)行為進行描述，在系統(tǒng)一級進行驗證。

然后用綜合優(yōu)化工具生成具體門電路的網(wǎng)表，其對應(yīng)的物理實現(xiàn)級可以是印刷電路板或?qū)Ｓ眉呻娐?。（三）EDA技術(shù)（2）ASIC設(shè)計----現(xiàn)代電子產(chǎn)品的復(fù)雜度日益加深，一個電子系統(tǒng)可能由數(shù)萬個中小規(guī)模集成電路構(gòu)成，這就帶來了體積大、功耗大、可靠性差的問題，解決這一問題的有效方法就是采用ASIC(ApplicationSpecificIntegratedCircuits)芯片進行設(shè)計。ASIC按照設(shè)計方法的不同可分為：全定制ASIC，半定制ASIC，可編程ASIC（也稱為可編程邏輯器件）。（三）EDA技術(shù)----設(shè)計全定制ASIC芯片時，設(shè)計師要定義芯片上所有晶體管的幾何圖形和工藝規(guī)則，最后將設(shè)計結(jié)果交由IC廠家掩膜制造完成。優(yōu)點是：芯片可以獲得最優(yōu)的性能，即面積利用率高、速度快、功耗低。缺點是：開發(fā)周期長，費用高，只適合大批量產(chǎn)品開發(fā)。（三）EDA技術(shù)----半定制ASIC芯片的版圖設(shè)計方法有所不同，分為門陣列設(shè)計法和標準單元設(shè)計法，這兩種方法都是約束性的設(shè)計方法，其主要目的就是簡化設(shè)計，以犧牲芯片性能為代價來縮短開發(fā)時間。----可編程邏輯芯片與上述掩膜ASIC的不同之處在于：設(shè)計人員完成版圖設(shè)計后，在實驗室內(nèi)就可以燒制出自己的芯片,無須IC廠家的參與，大大縮短了開發(fā)周期。（三）EDA技術(shù)----可編程邏輯器件自七十年代以來，經(jīng)歷了PAL、GAL、CPLD、FPGA幾個發(fā)展階段，其中CPLD/FPGA屬高密度可編程邏輯器件，目前集成度已高達200萬門/片，它將掩膜ASIC集成度高的優(yōu)點和可編程邏輯器件設(shè)計生產(chǎn)方便的特點結(jié)合在一起，特別適合于樣品研制或小批量產(chǎn)品開發(fā)，使產(chǎn)品能以最快的速度上市，而當市場擴大時，它可以很容易的轉(zhuǎn)由掩膜ASIC實現(xiàn)，因此開發(fā)風(fēng)險也大為降低。（三）EDA技術(shù)----上述ASIC芯片，尤其是CPLD/FPGA器件，已成為現(xiàn)代高層次電子設(shè)計方法的實現(xiàn)載體。（3）硬件描述語言----硬件描述語言（HDL-HardwareDescriptionLanguage）是一種用于設(shè)計硬件電子系統(tǒng)的計算機語言，它用軟件編程的方式來描述電子系統(tǒng)的邏輯功能、電路結(jié)構(gòu)和連接形式，與傳統(tǒng)的門級描述方式相比，它更適合大規(guī)模系統(tǒng)的設(shè)計。（三）EDA技術(shù)

例如一個32位的加法器，利用圖形輸入軟件需要輸入500至1000個門，而利用VHDL語言只需要書寫一行A=B+C即可

早期的硬件描述語言，如ABEL-HDL、AHDL，是由不同的EDA廠商開發(fā)的，互相不兼容，而且不支持多層次設(shè)計，層次間翻譯工作要由人工完成。（三）EDA技術(shù)

為了克服以上缺陷，1985年美國國防部正式推出了VHDL(VeryHighSpeedICHardwareDescriptionLanguage)語言，1987年IEEE采納VHDL為硬件描述語言標準（IEEESTD-1076）。----VHDL是一種全方位的硬件描述語言，包括系統(tǒng)行為級、寄存器傳輸級和邏輯門級多個設(shè)計層次,支持結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、行為三種描述形式的混合描述，因此VHDL幾乎覆蓋了以往各種硬件描述語言的功能，整個自頂向下或自底向上的電路設(shè)計過程都可以用VHDL來完成。（三）EDA技術(shù)VHDL具有以下優(yōu)點：VHDL的寬范圍描述能力使它成為高層次設(shè)計的核心，將設(shè)計人員的工作重心提高到了系統(tǒng)功能的實現(xiàn)與調(diào)試，只需花較少的精力用于物理實現(xiàn)。VHDL可以用簡潔明確的代碼描述來進行復(fù)雜控制邏輯的設(shè)計，靈活且方便，而且也便于設(shè)計結(jié)果的交流、保存和重用。（三）EDA技術(shù)VHDL的設(shè)計不依賴于特定的器件，方便了工藝的轉(zhuǎn)換。VHDL是一個標準語言，為眾多的EDA廠商支持，因此移植性好。（三）EDA技術(shù)4．EDA技術(shù)的基本設(shè)計方法（1）電路級設(shè)計----電子工程師接受系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)后，首先確定設(shè)計方案，同時要選擇能實現(xiàn)該方案的合適元器件，然后根據(jù)具體的元器件設(shè)計電路原理圖。

接著進行第一次仿真，包括數(shù)字電路的邏輯模擬、故障分析、模擬電路的交直流分析、瞬態(tài)分析。（三）EDA技術(shù)----仿真通過后，根據(jù)原理圖產(chǎn)生的電氣連接網(wǎng)絡(luò)表進行PCB板的自動布局布線。（2）系統(tǒng)級設(shè)計----是一種高層次設(shè)計方法。是一種"概念驅(qū)動式"設(shè)計，設(shè)計人員無須通過門級原理圖描述電路，而是針對設(shè)計目標進行功能描述，由于擺脫了電路細節(jié)的束縛，設(shè)計人員可以把精力集中于創(chuàng)造性的概念構(gòu)思與方案上，一旦這些概念構(gòu)思以高層次描述的形式輸入計算機后，EDA系統(tǒng)就能以規(guī)則驅(qū)動的方式自動完成整個設(shè)計。（三）EDA技術(shù)----高層次設(shè)計步驟如下：----第一步：----按照"自頂向下"的設(shè)計方法進行系統(tǒng)劃分。---第二步：----輸入VHDL代碼，這是高層次設(shè)計中最為普遍的輸入方式。

此外，還可以采用圖形輸入方式（框圖，狀態(tài)圖等），這種輸入方式具有直觀、容易理解的優(yōu)點。（三）EDA技術(shù)----第三步：----將以上的設(shè)計輸入編譯成標準的VHDL文件。之后進行代碼級仿真（可省略）。----第四步：----利用綜合器對VHDL源代碼進行綜合優(yōu)化處理，生成門級描述的網(wǎng)表文件,這是將高層次描述轉(zhuǎn)化為硬件電路的關(guān)鍵步驟。（三）EDA技術(shù)----綜合優(yōu)化是針對ASIC芯片供應(yīng)商的某一產(chǎn)品系列進行的，所以綜合的過程要在相應(yīng)的廠家綜合庫支持下才能完成。綜合后，可利用產(chǎn)生的網(wǎng)表文件進行適配前的時序仿真，仿真過程不涉及具體器件的硬件特性，較為粗略。一般設(shè)計，這一仿真步驟也可略去。（三）EDA技術(shù)----第五步：----利用適配器將綜合后的網(wǎng)表文件針對某一具體的目標器件進行邏輯映射操作，包括底層器件配置、邏輯分割、邏輯優(yōu)化和布局布線。

適配完成后，產(chǎn)生多項設(shè)計結(jié)果：①適配報告，包括芯片內(nèi)部資源利用情況，設(shè)計的布爾方程描述情況等；②適配后的仿真模型；③器件編程文件。（三）EDA技術(shù)

根據(jù)適配后