32位RISC CPU ARM芯片的应用和选型

    择要：ARM公司以及ARM芯片的近况和生长，从应用的角度先容了ARM芯片的选择要领，并先容了具有多芯核布局的ARM芯片。罗列了如今的重要ARM芯片提供商，其产品以及应用范畴。举例阐明白几种嵌入式产品最佳ARM芯片选择方案。

    关键词：ARM MMU SOC RISC CPU

ARM公司自1990年正式创建以来，在32位RISC（Reduced Instruction Set Computer）CPU开辟范畴不绝获取突破，其布局已经从V3生长到V6。由于ARM公司自创建以来，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，而本身从不参与芯片的生产贩卖，加上其计划的芯核具有功耗低、本钱低等明显好处，因此得到浩繁的半导体厂家和整机厂商的大力大举支持，在32位嵌入式应用范畴得到了巨大的告成，如今已经占据75%以上32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低本钱的嵌入式应用范畴创建了市场领导职位地方。如今计划、生产ARM芯片的国际至公司已经高出50多家，国复兴通讯和华为通讯等公司已经购买ARM公司芯核用于通讯专用芯片的计划。

如今非常盛行的ARM芯核有ARM7TDMI，StrongARM，ARM720T，ARM9TDMI，ARM922T，ARM940T，RM946T，ARM966T，ARM10TDMI等。自V5以且，ARM公司提供Piccolo DSP的芯核给芯片计划得，用于计划ARMDSP的SOC（System On Chip）布局芯片。别的，ARM芯片还得到了很多及时操纵体系（Real Time Operating System）提供商的支持，比较着名的有：Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks、Nucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。

随着海内嵌入式应用范畴的生长，ARM芯片肯定会得到遍及的器重和应用。但是，由于ARM芯片有多达十几种的芯核布局，70多芯片生产厂家，以及变化多端的内部成果配置组合，给开辟职员在选择方案时带来肯定的困难。以是，对ARM芯片做一比拟研究黑白常须要的。

1 ARM芯片选择的一样平常原则

从应用的角度，对在选择ARM芯片刻所应思量的重要困素做一细致的阐明。

1.1 ARM芯核

要是盼望利用WinCE或Linux等操纵体系以淘汰软件开辟时间，就必要选择ARM720T以上带有MMU（memory management unit）成果的ARM芯片，ARM720T、Stron-gARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都带有MMU成果。而ARM7TDMI没有MMU，不支持Windows CE和大部分的Linux，但如今有uCLinux等少数几种Linux不必要MMU的支持。

1.2 体系时钟控制器

体系时钟决定了ARM芯片的处理惩罚速率。ARM7的处理惩罚速率为0.9MIPS/MHz，常见的ARM7芯片体系主时钟为20MHz-133MHz，ARM9的处理惩罚速率为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的体系主时钟为100MHz-233MHz，ARM10最高可以到达700MHz。差别芯片对时钟的处理惩罚差别，有的芯片只有一个主时钟频率，如许的芯片大概不克不及同时顾及UART和音频时钟正确性，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、音频等成果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

在不必要大容量存储器时，可以思量选用有内置存储器的ARM芯片。见表1。

表1 内置存储器的ARM芯片

1.4 USB接口

很多ARM芯片内置有USB控制器，有些芯片乃至同时有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

在某些芯片提供商提供的阐明书中，每每阐明的是最大大概的GPIO数量，但是有很多引脚是和地点线、数据线、串口线等引脚复用的。如许在体系计划时必要谋略实际可以利用的GPIO数量。

1.6 停止控制器

ARM内核只提供快速停止（FIQ）和标准停止（IRQ）两此停止向量。但各个半导体厂家在计划芯片刻参加了本身同的停止控制器，以便支持诸如串行口、外部停止、时钟断等硬件停止。外部停止控制是选择芯片必须思量的紧张因素，公道的外部停止计划可以很大程度的淘汰任务调理事变量。比方PHILIPS公司的SAA7750，全部GPIO都可以设置成FIQ或IRQ，并且可以选择升沿、降落沿、高电平、低电平四种停止方法。这使得红外线遥控吸取、指轮盘和键盘等任务都可以作为背景步伐运行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片，只有4个外部停止源，并且 每此停止源都只能是低电平或才高电平停止，样在用于吸取红外线信号的场适时，就必须用查问方法，会浪费大量CPU时间。

1.7 IIS（Integrate Interface of Sound）接口

即集成音频接口。要是计划者频应用产品，IIS总线接口是必须的。

1.8 nWAIT信号

外部总线速率控制信号。不是每个ARM芯片都提供这个信号引脚，利用这个信号与便宜的GAL芯片就可以实现与切合PCMCIA标准的WLAN卡和Bluetooth卡的接口，而不必要外加高本钱的PCMCIA专用控制芯片。别的，当必要扩展外部DSP协处理惩罚器时，此信号也是必须的。

1.9 RTC（Real Time Clock）

很多ARM芯片都提供及时时钟成果，但方法差别。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一个32位计数器，必要通过软件谋略出年代日时分秒；而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年代日时分秒格局。

1.10 LCD控制器

有些ARM芯片内置LCD控制器，有的乃至内置64K彩色TFT LCD控制器。在计划PDA和手持式表现记录配置时，选用内置LCD控制器的ARM芯片如S1C2410较为相宜。

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位三维声音频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，差别的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线数量差别，外部数据总线有8位、16位或32位。某些特别应用ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展成果。

1.14 UART和IrDA

险些全部的ARM芯片都具有1～2个UART接口，可以用于和PC机通讯或用Angel举行调试。一样平常的ARM芯片通讯波特率为115，200bps，少数专为蓝牙技能应用计划的ARM芯片的UART通讯波特率可以到达920Kbps，如Linkup公司L7205。

1.15 DSP协处理惩罚器，见表3。

表3 ARM+DSP布局的ARM芯片

1.16 内置FPGA

有些ARM芯片内置有FPGA，得当于通讯等范畴。见表4。

表4 ARM+FPGA布局的ARM芯片

1.17 时钟计数器和看门狗

一样平常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 电源办理成果

ARM芯片的耗电量与事变频率成正比，一样平常ARM芯片都有低功耗模式、就寝模式和封闭模式。

1.19 DMA控制器

有些ARM芯片内部集成有DMA（Direct Memory Access），可以和硬盘等外部配置高速互换数据，同时淘汰数据互换时对CPU资源的占用。

别的，还可以选择的内部成果部件有：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。

末了需阐明的是封装题目。ARM芯片如今重要的封装有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等情势，BGA封装具有芯单方面积小的特点，可以淘汰PCB板的面积，但是必要专用的焊接配置，无法手工焊接。别的一样平常BGA封装的ARM芯片无法用双外观完成PCB布线，必要多层PCB板布线。

2 多芯核布局ARM芯片的选择

为了加强多任务处理惩罚本领、数学运算本领、多媒体以及网络处理惩罚本领，某些提供商提供的ARM芯片内置多个芯核，如今常见的ARM+DSP，ARM+FPGA，ARM+ARM等布局。

2.1 多ARM芯核

为了加强多任务处理惩罚本领和多媒体处理惩罚本领，某些ARM芯片内置多个ARM芯核。比方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）疏散出云的专门致力于高速通讯芯片计划生产的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

为了加强数学运算成果和多媒体处理惩罚成果，很多提供商在其ARM芯片内增长了DSP协处理惩罚器。通常参加的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

为了进步体系硬件的在线升级本领，某些公司在ARM芯片内部集成了FPGA。见表4。

3 重要ARM芯片提供商

如今可以提供ARM芯片的闻名泰西半导体公司有：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。日本的很多闻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大举投入开了自主的32位CPU布局，但如今都转向购买ARM公司的芯核举行新产品计划。由于它们购买ARM版权较晚，如今还没有可贩卖的ARM芯片，而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半导体公司如今都已经已经指生产了ARM芯片。韩国的当代半导体公司也生产提供ARM芯片。别的 ，外洋也很多配置制造商采取ARM公司芯核计划本身的专用芯片，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。别的已购买ARM芯核，正在计划自主版板权专用芯片的大陆公司会为通讯复兴通讯等。

表5 重要ARM芯片提供商及其代表性产品和重要应用范畴

4 选择方案举例

表6罗列的最佳方案仅供参考，由于SOC集成电路的生长非常敏捷，本日的最佳方案到来日诰日就可以不是最佳的了。因此任意时间在选择方案时，都应遍及征采一下重要的ARM芯片提供商，以找出最得当芯片。

表6 最佳应用方案保举