ARM的选型,ARM 微处理器,嵌入式应用

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/28 18:34:43
ARM的选型
鉴于 ARM 微处理器的众多优点,随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展, ARM 微处理器必然会获得广泛的重视和应用。但是,由于 ARM 微处理器有多达十几种的内核结构,几十个芯片生产厂家,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芯片做一些对比研究是十分必要的。
以下从应用的角度出发,对在选择 ARM 微处理器时所应考虑的主要问题做一些简要的探讨。
1 ARM 芯片选择的一般原则
从应用的角度,对在选择 ARM 芯片时所应考虑的主要困素做一详细的说明。
1.1 ARM 芯核
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 、 Stron-gARM 、 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。
1.2 系统时钟控制器
系统时钟决定了 ARM 芯片的处理速度。 ARM7 的处理速度为0.9 MIPS/MHz ,常见的 ARM7 芯片系统主时钟为20 MHz-133MHz , ARM9 的处理速度为1.1 MIPS/MHz ,常见的 ARM9 的系统主时钟为100 MHz-233MHz , ARM10 最高可以达到700 MHz 。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同频率的时钟,如 PHILIPS 公司 SAA7750 等芯片。
1.3 内部存储器容量
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。
 
表1

1.4 USB接口
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。
 
表2 内置USB控制器的ARM芯片

1.5 GPIO数量
 
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。
1.6 中断控制器
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同的中断控制器,以便支持诸如串行口、外部中断、时钟断等硬件中断。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才高电平中断,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CPU时间。
1.7 IIS(Integrate Interface of Sound)接口
即集成音频接口。如果设计者频应用产品,IIS总线接口是必需的。
1.8 nWAIT信号
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PCMCIA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。
1.9 RTC(Real Time Clock)
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。
1.10 LCD控制器
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S1C2410较为适宜。 1.11 PWM输出
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。
1.12 ADC和DAC
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。
1.13 扩展总线
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量不同,外部数据总线有8位、16位或32位。某些特殊应用ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展功能。
1.14 UART和IrDA
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L7205。
1.15 DSP协处理器,见表3。
 
表3 ARM+DSP结构的ARM芯片

1.16 内置FPGA
有些ARM芯片内置有FPGA,适合于通讯等领域。见表4。
 

1.17 时钟计数器和看门狗
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。
1.18 电源管理功能
ARM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。
1.19 DMA控制器
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-ROM Decoder,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芯片现在主要的封装有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。
2 多芯核结构ARM芯片的选择
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,目前常见的ARM+DSP,ARM+FPGA,ARM+ARM等结构。
2.1 多ARM芯核
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)分离出云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。
2.2 ARM芯核+DSP芯核
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苡核有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。
2.3 ARM芯核+FPGA
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。
3 主要ARM芯片供应商
目前可以提供ARM芯片的著名欧美半导体公司有:英特尔、德洲仪器、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI Logic、Micronas,Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetSilicon,Parthus。见表5。日本的许多著名半导体公司或东芝、三菱半导体、爱普生、富士通半导体、松下半导体等公司较早期都大力投入开了自主的32位CPU结构,但现在都转向购买ARM公司的芯核进行新产品设计。由于它们购买ARM版权较晚,现在还没有可销售的ARM芯片,而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半导体公司目前都已经已经指生产了ARM芯片。韩国的现代半导体公司也生产提供ARM芯片。另外 ,国外也很多设备制造商采用ARM公司芯核设计自己的专用芯片,如美国的IBM、3COM和新加坡的创新科技等。我国台湾地区可以提供ARM芯片的公司台积电、台联电、华帮电子等。其它已购买ARM芯核,正在设计自主版板权专用芯片的大陆公司为中兴通讯等。
 
表5 主要ARM芯片供应商及其代表性产品和主要应用领域

4 选择方案举例
表6列举的最佳方案仅供参考,由于SOC集成电路的发展非常迅速,今天的最佳方案到明天就可以不是最佳的了。因此任何时候在选择方案时,都应广泛搜寻一下主要的ARM芯片供应商,以找出最适合芯片。
 
表6 最佳应用方案推荐

本文摘自《电子查询网》