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嵌入式系统中“软外设”的研究
作者Email: sunchengli@sjzue.edu.cn
摘要：随着CPU的性能的不断提升，处理速度越来越快，运算能力不断增强，在许多嵌入式系统的开发中逐渐出现了软外设（Software Peripherals）。所谓软外设是指以软件编程为手段，模拟CPU的外围设备的功能，真正达到以软代硬的目的。软外设的出现给产品的开发带来了极大的灵活性，不但使系统体积变得更小，而且使系统的升级换代变得更为方便，从而真正实现SOC。
本文介绍软外设的设计思想以及在开发过程中应注意的事项，并结合一个嵌入式系统，分析软外设对系统的影响以及如何使设计合理化。
关键词：嵌入式系统 UART Software Peripherals
一、介绍
应该说软外设并不是一个新思想，从计算机发明以来，电子系统设计人员一直试图尽可能多地用软件编程来代替实际电路，通过这种方式把外设嵌入进系统。但由于CPU速度、计算能力有限，以及内存技术的发展不够成熟，从而束缚了软外设的发展。
近年来，随着电子技术的发展，越来越多的处理器厂家在处理器的设计中加大了对软外设的支持，象ARM公司宣称他们的32、64位RISC处理器已经能用软件实现更多更强的功能，指令集也更为丰富，甚至包括DSP方面的许多功能现在已经能够在CPU上实现。Motorola公司已经开发出基于SM56PCI接口的用纯软件实现的调制解调器。这些都说明电路设计已经进入了一个崭新的时期。
目前，电子设计中把外设嵌入进系统的方法主要有两种。方法Ⅰ是采用标准的微处理器＋一块辅助芯片，辅助芯片可以是FPGA或CPLD等可编程逻辑芯片；方法Ⅱ是采用基本的CPU内核＋附加逻辑单元，这些可以在一块高密度可编程逻辑芯片上实现，CPU内核往往为Altera和Xilinx等FPGA生产厂家提供的软件模块。以上两种方法都需要开发人员熟悉硬件描述语言，但在实际应用中CPU内核以及各种IP核的使用的往往要得到产权许可，而且可编程逻辑芯片体积大，价格昂贵，故在一些便携式装置的研制中不便采用。
软外设的设计通常是采用标准的微处理器，在满足系统稳定和系统负荷允许的条件下，设计中尽可能多地采用可配置的软件模块，用这些可配置的软件模块来实现某种外设的功能。并且可以配置、升级、重组，从而完成特定的功能。应该说明的是，并不是所有外设的功能都能完全由软件实现，这种设计方法的目的是在系统允许的条件下尽量“以软代硬”，以尽可能少的硬件开销取得最佳的性能比。
二、系统要求
下面给出具有软外设的嵌入式系统结构图。
下面给出对嵌入式系统的要求：
（1） 高性能CPU内核。软外设的必须以高性能CPU内核为支持，只有采
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