ARM處理器選擇

1、ARM處理器選擇    ARM 公司自1990年正式成立以來(lái)， 在32位RISC (Reduced Instruction Set Computer CPU開(kāi)發(fā)領(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來(lái)，一直以IP(Intelligence Property)提供者的身份向各大半導(dǎo)體制造商出售知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而自己從不介入芯片的生產(chǎn)銷(xiāo)售，加上其設(shè)計(jì)的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點(diǎn)，因此獲得眾多的半導(dǎo)體廠家和整機(jī)廠商的大力支持，在32位嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有75%以上的32位RISC嵌入式產(chǎn)品市場(chǎng)。在低功耗、低

2、成本的嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域確立了市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)ARM芯片的國(guó)際大公司已經(jīng)超過(guò)50多家，國(guó)內(nèi)中興通訊和華為通訊等公司也已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)ARM公司 的芯核用于通訊專(zhuān)用芯片的設(shè)計(jì)。 目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI，StrongARM ARM720T，ARM9TDMI，ARM922T，ARM940T，RM946T， ARM966T， ARM10TDM1等。自V5以后，ARM公司提供Piccolo DSP的芯核給芯片設(shè)計(jì)者，用于設(shè)計(jì)ARM+DSP 的SOC (System On Chip) 結(jié)構(gòu)的芯片。此外，ARM芯片還獲得了許多實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(Real Time Operating Syst

3、em)供應(yīng)商的支持，比較知名的有：溫都死 CE、Linux、pSOS、VxWorks Mucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。 隨著國(guó)內(nèi)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，ARM芯片必然會(huì)獲得廣泛的重視和應(yīng)用。但是，由于ARM芯片有多達(dá)十幾種的芯核結(jié)構(gòu)，70多家芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開(kāi)發(fā)人員在選擇方案時(shí)帶來(lái)一定的困難。所以，對(duì)ARM芯片做一對(duì)比研究是十分必要的。1 ARM芯片選擇的一般原則 從應(yīng)用的角度，對(duì)在選擇ARM芯片時(shí)所應(yīng)考慮的主要因素做一詳細(xì)的說(shuō)明。1.1 ARM芯核 如 果希望使用WinCE或Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間，就需要選擇ARM720T以上帶有

4、MMU(memory management unit)功能的ARM芯片，ARM720T、StrongARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都帶有MMU功能。而 ARM7TDMI沒(méi)有MMU，不支持溫都死 CE和大部分的Linux, 但目前有uCLinux等少數(shù)幾種Linux不需要MMU的支持。1.2 系統(tǒng)時(shí)鐘控制器 系 統(tǒng)時(shí)鐘決定了ARM芯片的處理速度。ARM7的處理速度為0.9MIPS/MHz,常見(jiàn)的ARM7芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz-133MHz,ARM9的 處理速度為1.1MIPS/MHz,常見(jiàn)的ARM9的系統(tǒng)主時(shí)鐘為100MHz-233MHz, ARM10最高可以達(dá)到70

5、0MHz。不同芯片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只有一個(gè)主時(shí)鐘頻率，這樣的芯片可能不能同時(shí)顧及UART和音頻時(shí)鐘的準(zhǔn)確性， 如Cirrus Logic的EP7312等；有的芯片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為CPU核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時(shí)鐘，如 PHILIPS公司的SAA7550等芯片。1.3 內(nèi)部存儲(chǔ)器容量 在不需要大容量存儲(chǔ)器時(shí)，可以考慮選用有內(nèi)置存儲(chǔ)器的ARM芯片。見(jiàn)表1。 表1內(nèi)置存儲(chǔ)器的ARM芯片 芯片型號(hào) 供應(yīng)商 FLASH容量 ROM容量 SRAM容量 AT91F40162 ATMEL 2M Bytes 256K bytes 4K Bytes AT91FR

6、4081 ATMEL 1M Bytes 128K Bytes SAA7750 Philips 384K Bytes 64K bytes PUC3030A Micronas 256K Bytes 56K bytes HMS30C7202 Hynix 192K Bytes ML67Q4001 OKI 256K Bytes LC67F500 Snayo 640K Bytes 32K1.4 USB接口 許多ARM芯片內(nèi)置有USB控制器，有些芯片甚至同時(shí)有USB Host和USB Slave控制器。見(jiàn)表2。 表2內(nèi)置USB控制器的ARM芯片 芯片型號(hào) ARM內(nèi)核 供應(yīng)商 USBSlave USB Hos

7、t IIS接口 S3C2410 ARM920T Samsung 1 2 1 S3C2400 ARM920T Samsung 1 2 1 S5N8946 ARM7TDMI samsung 1 0 0 L7205 ARM720T Linkup 1 1 0 L7210 ARM720T Linkup 1 1 0 EP9312 ARM920T Cirrus Logic 0 3 1 Dragonball MX1 ARM920T Motorola 1 0 1 SAA7750 ARM720T Philips 1 0 1 TMS320DSC2x ARM7TDMI TI 1 0 0 PUC3030A ARM7TD

8、MI Micronas 1 0 5 AAEC-2000 ARM920T Agilent 1 0 0 ML67100 ARM7TDMI OKI 1 0 0 ML7051LA ARM7TDMI OKI 1 0 0 SA-1100 StrongARM Intel 1 0 0 LH79531 ARM7TDMI Sharp 1 0 0 GMS320C7201 ARM720T Hynix 1 0 11.5 GPIO數(shù)量 在某些芯片供應(yīng)商提供的說(shuō)明書(shū)中，往往申明的是最大可能的GPIO數(shù)量，但是有許多引腳是和地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、串口線(xiàn)等引腳復(fù)用的。這樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算實(shí)際可以使用的GPIO數(shù)量。1.6 中斷控

9、制器 ARM 內(nèi)核只提供快速中斷(FIQ)和標(biāo)準(zhǔn)中斷(IRQ)兩個(gè)中斷向量。但各個(gè)半導(dǎo)體廠家在設(shè)計(jì)芯片時(shí)加入了自己不同的中斷控制器，以便支持諸如串行口、外部中斷、時(shí)鐘中斷等硬件中斷。外部中斷控制是選擇芯片必須考慮的重要因素，合理的外部中斷設(shè)計(jì)可以很大程度的減少任務(wù)調(diào)度的工作量。例如PHILIPS公司的 SAA7750，所有GPIO都可以設(shè)置成FIQ或IRQ，并且可以選擇上升沿、下降沿、高電平、低電平四種中斷方式。這使得紅外線(xiàn)遙控接收、指輪盤(pán)和鍵盤(pán)等任務(wù)都可以作為背景程序運(yùn)行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片，只有4個(gè)外部中斷源，并且每個(gè)中斷源都只能是低電平或者高電平中斷，這樣在

10、用于接收紅外線(xiàn)信號(hào)的場(chǎng)合時(shí)，就必須用查詢(xún) 方式，會(huì)浪費(fèi)大量的CPU時(shí)間。1.7 IIS(Integrate Interface of Sound)接口 即集成音頻接口。如果設(shè)計(jì)音頻應(yīng)用產(chǎn)品，IIS 總線(xiàn)接口是必需的。1.8 nWAIT信號(hào) 外 部總線(xiàn)速度控制信號(hào)。不是每個(gè)ARM芯片都提供這個(gè)信號(hào)引腳，利用這個(gè)信號(hào)與廉價(jià)的GAL芯片就可以實(shí)現(xiàn)與符合PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)的WLAN卡和 Bluetooth卡的接口，而不需要外加高成本的PCMCIA專(zhuān)用控制芯片。另外，當(dāng)需要擴(kuò)展外部DSP 協(xié)處理器時(shí)，此信號(hào)也是必需的。1.9 RTC (Real Time Clock) 很多ARM芯片都提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，但

11、方式不同。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一個(gè)32位計(jì)數(shù)器，需要通過(guò)軟件計(jì)算出年月日時(shí)分秒；而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日時(shí)分秒格式。1.10 LCD控制器 1.11 PWM輸出 有些ARM芯片有28路PWM輸出，可以用于電機(jī)控制或語(yǔ)音輸出等場(chǎng)合。1.12 ADC和DAC 有些ARM芯片內(nèi)置28通道812位通用ADC，可以用于電池檢測(cè)、觸摸屏和溫度監(jiān)測(cè)等。PHILIPS的SAA7750更是內(nèi)置了一個(gè)16位立體聲音頻ADC和DAC，并且?guī)Ф鷻C(jī)驅(qū)動(dòng)。1.13 擴(kuò)展總線(xiàn) 大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM擴(kuò)展接口，不同的ARM芯片可以擴(kuò)

12、展的芯片數(shù)量即片選線(xiàn)數(shù)量不同，外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)有8位、16位或32位。某些特殊應(yīng)用的ARM芯片如德國(guó)Micronas的PUC3030A沒(méi)有外部擴(kuò)展功能。1.14 UART和IrDA 幾乎所有的ARM芯片都具有12個(gè)UART接口，可以用于和PC機(jī)通訊或用Angel 進(jìn)行調(diào)試。一般的ARM芯片通訊波特率為115,200bps，少數(shù)專(zhuān)為藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的ARM芯片的UART通訊波特率可以達(dá)到920Kbps，如Linkup 公司的L7205。 1.15 DSP協(xié)處理器，見(jiàn)表3。 表3ARM+DSP結(jié)構(gòu)的ARM芯片 芯片型號(hào) 供應(yīng)商 DSP core DSP MIPS 應(yīng)用 TMS320DSC2X TI 1

13、6bits C5000 500 Digital Camera Dragonball MX1 Motorola 24bits 56000 CD-MP3 SAA7750 Philips 24bits EPIC 73 CD-MP3 VWS22100 Philips 16bits OAK 52 GSM STLC1502 ST D950 VOIP GMS30C3201 Hynix 16bits Piccolo STB AT75C220 ATMEL 16bits OAK 40 IA AT75C310 ATMEL 16bits OAK 40x2 IA AT75C320 ATMEL 16bits OAK 60

14、X2 IA L7205 Linkup 16bits Piccolo Wireless L7210 Linkup 16bits Piccolo wireless Quatro OAK 16bits OAK Digital Image1.16 內(nèi)置FPGA 有些ARM芯片內(nèi)置有FPGA，適合于通訊等領(lǐng)域。見(jiàn)表4。 表4ARM+FPGA結(jié)構(gòu)的ARM芯片 芯片型號(hào) 供應(yīng)商 ARM芯核 FPGA門(mén)數(shù) 引腳數(shù) EPXA1 Altera ARM922T 100K 484 EPXA4 Altera ARM922T 400K 672 EPXA10 Altera ARM922T 1000K 1020 TA7S20

15、系列 Triscend ARM7TDMI 多種 多種1.17 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗 一般ARM芯片都具有24個(gè)16位或32位時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和一個(gè)看門(mén)狗計(jì)數(shù)器。 1.18 電源管理功能 ARM芯片的耗電量與工作頻率成正比，一般ARM芯片都有低功耗模式、睡眠模式和關(guān)閉模式。 1.19 DMA控制器 有些ARM芯片內(nèi)部集成有DMA(Direct Memory Access) 可以和硬盤(pán)等外部設(shè)備高速交換數(shù)據(jù)，同時(shí)減少數(shù)據(jù)交換時(shí)對(duì)CPU資源的占用。 另外，還可以選擇的內(nèi)部功能部件有：HDLC, SDLC,CD-ROM Decoder,Ethernet MAC,VGA controller, DC-DC。可以

16、選擇的內(nèi)置接口有：IIC,SPDIF，CAN，SPI，PCI，PCMCIA。 最 后需說(shuō)明的是封裝問(wèn)題。ARM芯片現(xiàn)在主要的封裝有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式，BGA封裝具有芯片面積小的特點(diǎn)，可以減少PCB板的面積，但是需要專(zhuān)用的焊接設(shè)備，無(wú)法手工焊接。另外一般BGA封裝的ARM芯片無(wú)法用雙面板完成PCB布線(xiàn)，需要多層PCB板布線(xiàn)。2 多芯核結(jié)構(gòu)ARM芯片的選擇 為了增強(qiáng)多任務(wù)處理能力、數(shù)學(xué)運(yùn)算能力、多媒體以及網(wǎng)絡(luò)處理能力，某些供應(yīng)商提供的ARM芯片內(nèi)置多個(gè)芯核,目前常見(jiàn)的有ARM+DSP,ARM+FPGA,ARM+ARM等結(jié)構(gòu)。2.1多ARM芯核 為 了增強(qiáng)多

17、任務(wù)處理能力和多媒體處理能力，某些ARM芯片內(nèi)置多個(gè)ARM芯核。例如Portal player 公司的PP5002 內(nèi)部集成了兩個(gè)ARM7TDMI 芯核，可以應(yīng)用于便攜式MP3播放器的編碼器或解碼器。從科勝訊公司(Conexant)分離出去的專(zhuān)門(mén)致力于高速通訊芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的MinSpeed公 司就在其多款高速通訊芯片中集成了24個(gè)ARM7TDMI內(nèi)核。2.2 ARM芯核+DSP芯核 為了增強(qiáng)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能和多 媒體處理功能，許多供應(yīng)商在其ARM芯片內(nèi)增加了DSP協(xié)處理器。通常加入的DSP芯核有ARM公司的Piccolo DSP芯核、OAK公司16位定點(diǎn)DSP芯核、TI的TMS320C5000系列

18、DSP芯核、Motorola的56K DSP芯核等。見(jiàn)表3。2.3 ARM芯核+FPGA 為了提高系統(tǒng)硬件的在線(xiàn)升級(jí)能力，某些公司在ARM芯片內(nèi)部集成了FPGA。見(jiàn)表4。3 主要ARM芯片供應(yīng)商 目 前可以提供ARM芯片的著名歐美半導(dǎo)體公司有：英特爾、德洲儀器、三星半導(dǎo)體、摩托羅拉、飛利浦半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、億恒半導(dǎo)體、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI logic、Micronas, Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetS

19、ilicon,Parthus。見(jiàn)表5。日本的許多著名半導(dǎo)體公司如東芝、半導(dǎo)體、愛(ài)普生、通半導(dǎo)體、松下半導(dǎo)體等公司較早期都大力投入開(kāi)發(fā)了自主的32位CPU結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)在都轉(zhuǎn)向購(gòu)買(mǎi)ARM公司的芯核進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。由于它們購(gòu)買(mǎi)ARM版權(quán)較 晚，現(xiàn)在還沒(méi)有可以銷(xiāo)售的ARM芯片，而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半導(dǎo)體公司目前都已經(jīng)批量生產(chǎn)了ARM芯片。韓國(guó)的現(xiàn)代半導(dǎo)體公司也生產(chǎn)提供ARM芯片。另外，國(guó)外也有很多設(shè)備制造商采用ARM公司的芯核設(shè)計(jì)自己的專(zhuān)用芯片，如美國(guó)的IBM、 3COM和新加坡的創(chuàng)新科技等。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)可以提供ARM芯片的公司有臺(tái)積電、臺(tái)聯(lián)

20、電、華幫電子等。其它已購(gòu)買(mǎi)ARM芯核，正在設(shè)計(jì)自主版權(quán)專(zhuān)用芯片的 大陸公司有華為通訊和中興通訊等。表5主要ARM芯片供應(yīng)商及其代表性產(chǎn)品和主要應(yīng)用領(lǐng)域供應(yīng)商 芯片1 芯片2 芯片3 芯片4 主要應(yīng)用 Intel SA-110 SA-1100 SA-1110 IXP1200 Palm PC, Network TI TMS320DSC21 TMS320DSC24 TMS320DSC25 OMAP1510 Digital Camera Samsung S3C44B0X S3C2410 S3C4510 S5N8946 ADSL,PDA Motorola Dragonball MX1 BT,PDA Ph

21、ilips SAA7750 VWS22100 VCS94250 VWS26001 MP3,GSM ,3G,BT Cirrus Logic EP7209 EP7212 EP7312 EP9312 GP,MP3 Linkup L7200 L7205 L7210 Wireless ATMEL AT91R40XXX AT75C310 AT76C901 AT76C502 GP, Wireless OKI ML67100 ML7051LA ML67Q4000 ML67Q2300 GP,BT Sharp LH75400/1 LH79520LH79520 LH79531/2/3 LH7A400 Portabl

22、e handheld Qualcomm MSP1000 MSM3000 MSM5000 MSM6000 CDMA ST STLC1502 STw2400 VOIP,BT Infineon PMB7754 BT Analog AD20MSP430 GSM Hynix GMS30C7201 HMS30C7202 HMS39C7092 STB,GP Micronas PUC3030A GP, MP3 Conexant CN9414 CX82100 Network, Modem Agilent AAEC-2000 IA Portalplayer PP5002 MP3, PDA NEC UPD65977 Configurable NetSilicon NET+15 NET+40 NET+50 PDA, Phone LSI Logic CBP3.0 CBP4.0 L64324 BT Alcatel MTC20276 MTK20141 MTK20285 MTC20277 Digital Image Altera EPXA1 EPXA4 EPXA10 Configurable Panasonic MN1A7T0200 PDA,Phone Silicon Wave SiW1750 BT OAK Quatro Digital Image Rohm BU6611AKU ISDN Part