Bộ xử lý trong Hệ thống nhúng

Bộ xử lý được ví như trái tim của một hệ thống nhúng. Nó là một đơn vị cơ bản nhận dữ liệu vào, xử lý và xuất kết quả sau khi xử lý. Đối với một người thết kế hệ thống nhúng, cần nắm vững kiến thức về vi xử lý và vi điều khiển. 

Bộ xử lý trong một hệ thống

Một bộ xử lý gồm hai thành phần cơ bản là

• Đơn vị xử lý luồng chương trình (CU - Control Unit)
• Đơn vị thực thi (EU - Execution Unit)

Đơn vị xử lý (CU) bao gồm một đơn vị có nhiệm vụ lấy các câu lệnh từ bộ nhớ. Đơn vị thực thi (EU) gồm các mạch thành phần thực thi những câu lệnh có liên quan đến dữ liệu được truyền và chuyển đổi dữ liệu từ kiểu này sang kiểu khác.

Đơn vị thực thi (EU) bao gồm Đơn vị Số học và Logic (ALU - Arithmetic and Logical Unit) và cũng có các mạch thực thi các câu lệnh cho chương trình, các tác vụ điều khiển như tín hiệu ngắt hoặc nhảy từ câu lệnh này sáng câu lệnh khác.

Bộ xử lý chạy theo chu trình lấy và thực thi câu lệnh tuần tự như thứ tự lệnh trong bộ nhớ.

Các loại Bộ xử lý

Các bộ xử lý có thể được chia thành các loại như sau:

• Bộ xử lý danh cho mục đích chung:
  • Vi xử lý
  • Vi điều khiển
  • Bộ xử lý được nhúng vào
  • Bộ xử lý tín hiệu số
  • Bộ xử lý phương tiện (media).
• Bộ xử lý ứng dụng dành cho một hệ thống xác định.
• Bộ xử lý ứng dụng nhành cho những lệnh cụ thể

Vi xử lý

Vi xử lý là một chip đơn có CPU. Hơn nữa, nó cũng có nhưng đơn vị khác như Đơn vị số học xử lý dấu phẩy động và Đơn vị xử lý đường ồng (Pipeline) giúp xử lý các câu lệnh nhanh chóng hơn.

Những thế hệ Vi xử lý đầu tiên, chu trình lấy-và-thực thi được điều hành bởi một tần số xung nhịp ~1 MHz, Các Bộ xử lý ngày nay hoạt động trong tần số lên đến 2 GHz.

Sơ đồ khối đơn giản của một Vi xử lý

Vi điều khiển 

Vi điều khiển là một hệ thống bao gồm một Vi xử lý có hiệu suất đủ dùng và giá thành thấp kết hợp với các khối ngoại vi như bộ nhớ, các đơn vị nhập / xuất, đơn vị chuyển đổi, ... thường được dùng để xây dựng hệ thống nhúng.

CPU	RAM	ROM
Cổng I/O	Timer	Cổng COM

Vi điều khiển được dùng trong hệ thống nhúng ứng dụng điều khiển theo thời gian thực.

So sánh Vi xử lý và Vi điều khiển 

Vi xử lý	Vi điều khiển
Đa nhiệm. Có thể thực thi nhiều tác vụ. Ví dụ như máy tính có thể vừa phát nhạc vừa soạn văn bản.	Đơn nhiệm. Ví dụ như máy giặt chỉ giặt đồ không phát video giải trí được.
RAM, ROM, các cổng nhập / xuất có thể được thêm từ bên ngoài và có thể thay đổi số lượng.	RAM, ROM, cổng nhập / xuất được nhúng vào chip, không thể thêm vào hoặc thay đổi số lượng của chúng.
Người thiết kế chỉ mua sẵn, không quyết định được thành phần mà tối thiểu mình cần.	Số lượng cố định của các đơn vị thành phần, giúp cho Vi điều khiển thật lý tưởng để thực hiện một tác vụ xác định.
Hệ thống sử dụng Vi xử lý sẽ xử lý nặng hơn và tốn kém chi phí hơn	Vi điều khiển xử lý nhẹ hơn và chi phí rẻ hơn so với Vi xử lý.
Các thiết bị gắn ngoài đòi hỏi nhiều không gian và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn.	Hệ thống sử dụng Vi điều khiển tiêu tốn ít năng lượng và chiếm ít không gian hơn.