Linux驅動開發之 二 (那些必須要瞭解的硬件知識 之 處理器篇)
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老謝一直以“軟硬通殺”的標準來要求自己。搞軟件的工程師，有必要了解底層硬件的基本原理；搞驅動的工程師，則必須知道底層硬件的工作原理；而搞最底層的硬件工程師，同樣需要了解一些基本的軟件知識。
也許有的人會不同意這個看法，他們認爲一個優秀的系統，最理想的境界是應用層和底層硬件完全隔離，即應用層的開發完全脫離硬件基礎。這一點老謝也認同，但是我們討論的是工程師本素質問題，而不是嵌入式系統開發問題。作爲工程師的基本素質，老謝堅持認爲：軟硬互通，有所專向，或軟或硬，方爲王道。
那麼，在Linux驅動開發學習過程中，有哪些硬件知識是我們必須要知道的呢？ 老謝計劃用幾個篇幅逐一地和大家一起學習。
而，今天的主角是處理器，以它作爲硬件知識篇的開始。
一、搞清MPU和MCU的關係
MPU，Micro Process Unit，微處理器；
MCU，Micro Control Unit，微控制器。
MPU通常代表一個CPU（中央處理器），而MCU則強調把CPU、存儲器、外圍電路集成在一顆IC內部。
定位不同的產品（MCU）可能包含共同的CPU核，但是集成的擴展電路則不一樣，取決於這顆MCU的功能定位或市場定位。
一個典型的MCU框架圖如下：
目前比較主流的CPU核
- Advanced RISC Machines的ARM
- Silicon Graphics的MIPS
- IBM和Motorola的PowerPC
ARM的功耗低，在手持設備、通信設備中應用最爲廣泛。
CPU的體系架構，分爲兩類：馮.諾依曼結構和哈弗結構。從指令集的角度，CPU又可分爲RISC精簡指令集計算機和CISC複雜指令集計算機。CSIC 強調增強指令的能力、減少目標代碼的數量，但是指令複雜，指令週期長；而RISC強調儘可能減少指令集、指令單週期執行，但是目標代碼會更大。ARM、MIPS、PowerPC等CPU內核都採用了RISC指令集。目前，RISC和CSIC的融合非常明顯。
我們瞭解這些概念即可，如需展開討論，請百度。
二、DSP數字信號處理器
數字信號處理器（DSP）針對通信、圖像、語音和視頻處理等領域的算法而設計。它包含獨立的硬件乘法器。DSP的乘法指令一般在單週期內完成，且優化了卷積、數字濾波、FFT（快速傅立葉變換）、相關、矩陣運算等算法中的大量重複乘法。
DSP分爲兩類，一類是定點DSP，一類是浮點DSP。浮點DSP的浮點運算用硬件來實現，可以在單週期內完成，因而其浮點運算處理速度高於定點DSP。而定點DSP只能用定點運算模擬浮點運算。
MCU和DSP也有相互融合以取長補短的趨勢，如數字信號控制器（DSC）即爲MCU+DSP。
三、專用集成電路ASIC
對於某些應用場合，使用ASIC（專用集成電路）往往是低成本且高性能的方案。ASIC專門針對特定應用而設計，不具備也不需要靈活的編程能力。使用ASIC完成同樣地功能往往比直接使用CPU資源或CPLD（複雜可編程邏輯器件）/FPGA（現場可編程門陣列）更廉價、高效。
最後，處理器的分類框圖如下圖
在實際項目的硬件方案中，往往會根據應用的需求選擇通用處理器、數字信號處理器、特定領域處理器、CPLD/FPGA 或ASIC 之一的解決方案，在複雜的系統中，這些芯片可能會同時存在，協同合作，各自發揮自己的長處。
老謝特別感謝宋寶華老師對Linux驅動的知識分享分析。
itxiebo
20160427