|
|
ARM公司以及ARM芯片的现状和发展，从应用的角度介绍了ARM芯片的选择方法，并介绍了具有多芯核结构的ARM芯片。列举了目前的主要ARM芯片供应商，其产品以及应用领域。举例说明了几种嵌入式产品的最佳ARM芯片选择方案。% {8 F! l" x, A+ ^6 S7 N, p
0 W! |) g: K8 [. Q+ l% v0 J$ w8 Q4 n
名称简介
K s: O$ i$ @) R" E, N pARM芯片
1 r! P3 E8 W8 W3 J9 e9 q
6 r" u2 s* d2 G
ARM公司自1990年正式成立以来, 在32位RISC (Reduced Instruction Set Computer CPU)开发领域不断取得突破,其结构已经从V3发展到V7。由于ARM公司自成立以来,一直以IP(Intelligence Property)提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权,而自己从不介入芯片的生产销售,加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点,因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持,在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功,已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家,国内中兴通讯和华为通讯等公司也已经购买ARM公司的芯核用于通讯专用芯片的设计。- |1 p( f) P J' u D) b1 t
) V M' A/ F% h# q2 l2 B
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的芯核给芯片设计者,用于设计ARM+DSP 的SOC (System On Chip) 结构的芯片。此外,ARM芯片还获得了许多实时操作系统(Real Time Operating System)供应商的支持,比较知名的有:Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks Mucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。随着国内嵌入式应用领域的发展,ARM芯片必然会获得广泛的重视和应用。但是,由于ARM芯片有多达十几种的芯核结构,70多家芯片生产厂家,以及千变万化的内部功能配置组合,给开发人员在选择方案时带来一定的困难。所以,对ARM芯片做一对比研究是十分必要的。! M% M _. J( Y4 W/ _. z9 }
; Q3 S5 p1 \% f/ T7 B折叠编辑本段选择原则0 m2 e' L& X& |) [8 C- k9 s
从应用的角度,对在选择ARM芯片时所应考虑的主要因素做一详细的说明。& H) {+ E/ G$ w5 j r- I
, W! p( p/ s. `3 v折叠ARM& p* L' l- y* i# \
如果希望使用WinCE或Linux等操作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有MMU(memory management unit)功能的ARM芯片,ARM720T、StrongARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都带有MMU功能。而ARM7TDMI没有MMU,不支持Windows CE和大部分的Linux, 但目前有uCLinux等少数几种Linux不需要MMU的支持。
. f; u9 O! g& [0 a6 X" A! E# a: K
" L& r6 W5 R9 ~% ^1 o折叠系统时钟; T" U6 C. G" q4 ~' e) x/ Z
系统时钟决定了ARM芯片的处理速度。ARM7的处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟20MHz-133MHz,ARM9的处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟为100MHz-233MHz, ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只有一个主时钟频率,这样的芯片可能不能同时顾及UART和音频时钟的准确性,如Cirrus Logic的EP7312等;有的芯片内部时钟控制器可以分别为CPU核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟,如PHILIPS公司的SAA7550等芯片。
( e9 z' @7 P& P p" t8 e" @$ U* [& U q2 z0 g. D ]- t; B/ ~* k- n
折叠存储容量# V9 Y: B" H- \( q1 s' Q
在不需要大容量存储器时,可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。见表1。
7 g9 ?. V% W7 m8 A3 g' o V
+ T& \( r# |/ N, j表1 内置存储器的ARM芯片' q* J& ]/ v: e, d
- q5 Y3 t8 c6 f8 ^: m& _0 E0 I, j
芯片型号 供应商 FLASH容量 ROM容量 SRAM容量- J9 e' Y; p. _4 n" W
1 z, ~+ Z- C. ^& }* ]+ {
AT91F40162 ATMEL 2M Bytes 256K bytes 4K Bytes. _1 Q' b$ x8 x5 r3 Y
7 d4 N9 ?' V( e4 l8 n
AT91FR4081 ATMEL 1M Bytes 128K Bytes* f9 b; {& y5 O8 e2 L) |/ M
. v* N/ d) h" g: a; O# p+ d; v
SAA7750 Philips 384K Bytes 64K bytes1 p! e- @9 V4 `' U% x
5 U" d4 {$ [$ Z* p
PUC3030A Micronas 256K Bytes 56K bytes
# C; U; f* |4 U% N* A. {% y, I
1 @5 V4 ]3 d8 w% IHMS30C7202 Hynix 192K Bytes
$ B+ a2 N$ e2 V: o3 E9 E7 h3 C+ v( A- N# i) [" x
LC67F500 Snayo 640K Bytes 32K
% b. }9 S+ x/ u$ f
5 Y% z( `0 r C9 k+ T* c# _折叠USB接口3 c. ?2 X8 v; a+ n2 h6 M/ K
许多ARM芯片内置有USB控制器,有些芯片甚至同时有USB Host和USB Slave控制器。见表2。$ b( V9 Y0 b7 H0 @. K; ^! f4 d- s* `
$ Z/ E2 A" b8 J5 e
表2 内置USB控制器的ARM芯片2 D5 I9 s" n7 C& b, ]# m- P
5 x; g! R) w+ T1 V* W7 }
芯片型号 ARM内核 供应商 USB Slave USB Host IIS接口$ d L* j/ O* }3 |6 ^: F# y5 H
. |$ y8 D2 m7 }6 M' G4 ?, e% U( _; }S3C2410 ARM920T Samsung 1 2 1/ c- A7 A \8 l4 e4 [
5 E8 a6 L ~; J% f7 WS3C2400 ARM920T Samsung 1 2 11 J! O) v9 H5 Y
/ X9 l& e! q6 L' ZS5N8946 ARM7TDMI Samsung 1 0 0) K6 o4 E( a5 Y$ K) f8 g+ d
: e `- G% T9 S) C' ?
L7205 ARM720T Linkup 1 1 0
$ i5 A$ y* c# _5 Y5 P8 x4 T# Q9 g$ S( d: N
L7210 ARM720T Linkup 1 1 0 e6 @2 A1 l! B" {, f) w# s7 F; @
9 t6 |6 u9 E, L7 `EP9312 ARM920T Cirrus Logic 0 3 1+ o6 ~( Z* O+ P( h
! c1 g0 f5 w, D8 q4 X! q
Dragonball MX1 ARM920T Motorola 1 0 1
3 G/ B; c9 @' _
9 {; z3 [# v H; t' e. OSAA7750 ARM720T Philips 1 0 10 |% D3 Q7 [8 I6 A M
3 `/ r7 Q) u H" p8 Y
TMS320DSC2x ARM7TDMI TI 1 0 0) l) m+ h- M, g; c2 K8 g- z
% o8 O. p1 x3 _7 I/ }7 `! M
PUC3030A ARM7TDMI Micronas 1 0 5( A, \0 S" A) n" u2 G/ p
- o3 W! m" f$ J: U( A$ ? WAAEC-2000 ARM920T Agilent 1 0 0
$ y; W( \# d& S( J3 r7 m% g; ?$ X
ML67100 ARM7TDMI OKI 1 0 0
0 F9 X G" \% h- a" o% J" o m
* t! w% Q' R) D! \4 X. F5 _ML7051LA ARM7TDMI OKI 1 0 0+ ^. ^, U# G8 P" Y' b
0 ?2 n( e' b& G {; p+ y. s* H
SA-1100 StrongARM Intel 1 0 0/ ^ e' o! h8 T7 s( l
" u7 x u+ l1 i) U
LH79531 ARM7TDMI Sharp 1 0 0
! C5 e x2 R* v+ w0 T; D/ r
; z( s# {+ Q' C LGMS320C7201 ARM720T Hynix 1 0 19 [. M) b0 u( U
8 v/ E7 ^. }6 w6 S折叠GPIO
) K5 |2 Y+ G. A* ?% d' P) U8 |3 |在某些芯片供应商提供的说明书中,往往申明的是最大可能的GPIO数量,但是有许多引脚是和地址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要计算实际可以使用的GPIO数量。
0 ^$ y2 S# s' W; }' n
2 ]9 D/ E+ E! Z6 [1 n, C折叠中断
8 I3 q1 [9 F( R0 ]& Z4 _ARM内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体厂家在设计芯片时加入了自己不同的中断控制器,以便支持诸如串行口、外部中断、时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考虑的重要因素,合理的外部中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750,所有GPIO都可以设置成FIQ或IRQ,并且可以选择上升沿、下降沿、高电平、低电平四种中断方式。这使得红外线遥控接收、指轮盘和键盘等任务都可以作为背景程序运行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片,只有4个外部中断源,并且每个中断源都只能是低电平或者高电平中断,这样在用于接收红外线信号的场合时,就必须用查询方式,会浪费大量的CPU时间。7 C! a H' e" Z6 \
5 X% j. y0 h [3 [; f0 X折叠IIS接口
+ S4 \. i6 v! c# @+ A$ DIIS(Integrate Interface of Sound)接口即集成音频接口。如果设计音频应用产品,IIS 总线接口是必需的。
]) n1 M% h3 M' B K' c7 c4 ]; U- H C2 c
折叠nWAIT. s& d$ M, Y0 ?
外部总线速度控制信号。不是每个ARM芯片都提供这个信号引脚,利用这个信号与廉价的GAL芯片就可以实现与符合PCMCI标准的WLAN卡和Bluetooth卡的接口,而不需要外加高成本的PCMCIA专用控制芯片。另外,当需要扩展外部DSP 协处理器时,此信号也是必需的。
- u8 M; q7 V0 h, a: F1 F/ q$ N( T( r8 H5 u) N
折叠RTC) o" Q9 o/ @: u8 L
很多ARM芯片都提供实时时钟功能,但方式不同。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一个32位计数器,需要通过软件计算出年月日时分秒;而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日时分秒格式。: | T9 h l5 }1 G& W: Y6 r% R
0 y& j. s9 `, M7 h
折叠LCD
: N9 Z7 e* I& x8 D j有些ARM芯片内置LCD控制器,有的甚至内置64K彩色TFT LCD控制器。在设计PDA和手持式显示记录设备时,选用内置LCD控制器的ARM芯片如S3C2410较为适宜。
8 J2 X/ {' Q; {9 ?, _ T% ?5 W! s7 H( d6 K1 k" G! m% E: Q& `7 K z- C, r |
折叠PWM# {+ G4 k( @' D8 }/ M9 L. f
有些ARM芯片有2~8路PWM输出,可以用于电机控制或语音输出等场合。
1 h% E$ Q$ M" C; _( W
. B% k' P' ]) x2 S J; R; Y @折叠立体声频
0 W; _1 ~7 U+ V有些ARM芯片内置2~8通道8~12位通用ADC,可以用于电池检测、触摸屏和温度监测等。PHILIPS的SAA7750更是内置了一个16位立体声音频ADC和DAC,并且带耳机驱动。
4 u0 e! }# q% t+ M& }7 [
$ n- y. z: Y6 x1 A5 {3 e0 }折叠扩展总线
; J0 w8 m4 w& u" {0 a大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM扩展接口,不同的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线数
. d, B; Z6 ]$ W7 h0 Y/ N$ P) m8 Z: z" H0 `* B* T
量不同,外部数据总线有8位、16位或32位。某些特殊应用的ARM芯片如德国Micronas的
1 p1 b8 \8 q) q) ?9 E, T. d! G2 n8 t2 X, L
PUC3030A没有外部扩展功能。
# D5 h: C) M) \, R( g9 V7 S) |% m7 S4 V; w3 e( | Y
折叠UART2 U# \1 a3 ?; N9 R; R
几乎所有的ARM芯片都具有1~2个UART接口,可以用于和PC机通讯或用Angel 进行调试。一般的ARM芯片通讯波特率为115,200bps,少数专为蓝牙技术应用设计的ARM芯片的UART通讯波特率可以达到920Kbps,如Linkup 公司的L7205。( k) U ^6 C# ?6 ]
+ e) m9 |! W+ a8 L) E' J6 @3 f折叠DSP
+ r8 P$ e1 I! T9 H0 |, l2 s表3 ARM+DSP结构的ARM芯片; Y& P6 a; c) E+ j
- [* c& n7 A/ D$ e( M
芯片型号 应商 DSP core DSP MIPS 应用% X4 l9 {$ @: m! {0 z6 H. q2 @
2 k& S( K% E/ u
TMS320DSC2X TI 16bits C5000 500 Digital Camera9 o, F) w9 t( j: F: a& R' p' _
' f/ F0 V: z6 `7 u
Dragonball MX1 Motorola 24bits 56000 CD-MP35 X7 |& r* P- J' N, P# M/ X
g, F2 d9 m! [) eSAA7750 Philips 24bits EPIC 73 CD-MP3
- a% i) T% a2 L$ e/ g/ }5 w" F6 `4 f+ {4 ]
VWS22100 Philips 16bits OAK 52 GSM
: u, w9 J1 [7 i, ?
2 X. F! u2 B+ S/ J0 ZSTLC1502 ST D950 VOIP# n& i6 }% ]. U ]
( ]- f8 x6 L& O. }" M$ d8 }7 T; FGMS30C3201 Hynix 16bits Piccolo STB
' w1 Y( L; i+ G3 s: m, ?* E
: z7 f3 n( g, T) O; E |; NAT75C220 ATMEL 16bits OAK 40 IA ]0 {4 b1 y! f/ B+ I; _
1 ?5 W( p% u( y. J; TAT75C310 ATMEL 16bits OAK 40x2 IA
# v" I9 h3 {& l! z8 t
& L/ y$ Y0 V( c6 t) jAT75C320 ATMEL 16bits OAK 60X2 IA6 n" E; g( |! E% C/ F, v
A- w- W$ t2 k) Q AL7205 Linkup 16bits Piccolo Wireless
2 v8 X; F* a% _# |6 p9 a
6 _+ @ c$ D% n+ o" g! xL7210 Linkup 16bits Piccolo wireless+ I( u4 F. G" x6 _ s4 t$ c
; {3 {; e4 @: B1 p' GQuatro OAK 16bits OAK Digital Image
1 l7 r! z9 k. R6 n) G" O5 `8 p/ Q
折叠FPGA3 x8 @' x$ X& i( G, ^% d
有些ARM芯片内置有FPGA,适合于通讯等领域。见表4。
* w3 ~8 ]. E/ W! [( ?4 _1 ~1 u8 X& C8 A, d" ?8 o
表4 ARM+FPGA结构的ARM芯片
' `$ G3 Y8 G O: D
& J' q0 x) i! D9 `' `芯片型号 供应商 ARM芯核 FPGA门数 引脚数; ~. s2 o9 Q7 p' U% ?; B* o' u' t
& J) m+ l- T- D7 T" S7 P+ r5 y
EPXA1 Altera ARM922T 100K 484* L; K* P" ?- i
+ I* [0 L7 O8 o: O8 J2 i
EPXA4 Altera ARM922T 400K 672
; u9 L' S- J1 l# M- ]. b0 R- g$ W+ K. i( ^8 x, \" M. |
EPXA10 Altera ARM922T 1000K 1020
, w8 R/ B" a# ~ W
& V. g* R1 F; YTA7S20系列 Triscend ARM7TDMI 多种 多种
1 ^) L- j( o7 L, I/ O7 U9 C9 c/ S& O* e
折叠计数器( Y8 ]3 N( u+ A4 U: p ~3 R
一般ARM芯片都具有2~4个16位或32位时钟计数器和一个看门狗计数器。
( P: d9 W2 T* c0 N
$ P/ E# q" C; U+ X# c折叠电源管理
4 E4 i" A# Q& M6 e' SARM芯片的耗电量与工作频率成正比,一般ARM芯片都有低功耗模式、睡眠模式和关闭模式。
$ U# q4 V1 Y% J2 C* Q. |' E) K# m# K* j, D8 z$ F; j& i5 g
折叠DMA! G4 d& u' z! R! T
有些ARM芯片内部集成有DMA(Direct Memory Access)?可以和硬盘等外部设备高速交换数据,同时减少数据交换时对CPU资源的占用。另外,还可以选择的内部功能部件有:HDLC, SDLC,CD-ROMDecoder,Ethernet MAC,VGA controller, DC-DC。可以选择的内置接口有:IIC,SPDIF,CAN,SPI,PCI,PCMCIA。最后需说明的是封装问题。ARM芯片主要的封装有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式,BGA封装具有芯片面积小的特点,可以减少PCB板的面积,但是需要专用的焊接设备,无法手工焊接。另外一般BGA封装的ARM芯片无法用双面板完成PCB布线,需要多层PCB板布线。, T; G4 G q c5 F' s0 e0 U7 k
8 P- M* d" G+ {2 k0 g$ F
折叠编辑本段多芯核% Y/ t% n, v7 Q2 C
为了增强多任务处理能力、数学运算能力、多媒体以及网络处理能力,某些供应商提供的ARM芯片内置多个芯核,常见的有ARM+DSP,ARM+FPGA,ARM+ARM等结构。9 ?* z# n, I# v) {3 g
! T3 Z" ]6 u! ]/ DARM+ARM/ U) H3 \8 ]; v7 ?
3 I0 C/ W3 b ?为了增强多任务处理能力和多媒体处理能力,某些ARM芯片内置多个ARM芯核。例如Portal player 公司的PP5002 内部集成了两个ARM7TDMI 芯核,可以应用于便携式MP3播放器的编码器或解码器。从科胜讯公司(Conexant)分离出去的专门致力于高速通讯芯片设计生产的MinSpeed公司就在其多款高速通讯芯片中集成了2~4个ARM7TDMI内核。3 B: h' {7 `+ M1 Q1 S
: G2 g# P4 G/ f: rARM+DSP% J5 w" w+ A( m7 T4 s/ L' ]4 l9 s% i
$ g$ ~6 f" `& n, D- f8 G1 j4 e
为了增强数学运算功能和多媒体处理功能,许多供应商在其ARM芯片内增加了DSP协处理器。通常加入的DSP芯核有ARM公司的Piccolo DSP芯核、OAK公司16位定点DSP芯核、TI的TMS320C5000系列DSP芯核、Motorola的56K DSP芯核等。见表3。
+ c8 }/ d) v, O) T, y' D6 L* |: t7 U" b h/ J+ O m
ARM+FPGA
; @6 l! v0 {7 w1 k1 n7 y# |$ y3 X
为了提高系统硬件的在线升级能力,某些公司在ARM芯片内部集成了FPGA。见表4。
- F5 o9 m) a9 S6 u0 n
! J0 F# o( M2 y- E! L3 `4 \7 W: R1 I 防盗器
R _7 ]# h/ X) M
! V4 d# C2 E& Y | | | 最小金属探测1枚订书针、TF内存卡、回型针半颗、电子芯片1颗、 |
& S* M8 z2 l/ y6 r+ b) {, _
|
|
发表于 2010-3-1 19:02:43