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32位RISC CPU ARM芯片的应用和选型

发布日期:2011-04-17

    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RISCReduced Instruction Set ComputerCPU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IPIntelligence 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ARM7TDMIStrongARMARM720TARM9TDMIARM922TARM940TRM946TARM966TARM10TDMI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ARMDSPSOCSystem 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 CELinuxpSOSVxWorksNucleusEPOCuCOSBeOS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WinCELinux等操纵体系以淘汰软件开辟时间,就必要选择ARM720T以上带有MMUmemory management unit)成果的ARM芯片,ARM720TStron-gARMARM920TARM922TARM946T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-133MHzARM9的处理惩罚速率为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的体系主时钟为100MHz-233MHzARM10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 LogicEP7312等;有的芯片内部时钟控制器可以分别为CPU核和USBUARTDSP、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

芯片型号 提供商 FLASH容量 ROM容量 SRAM容量
AT91F40162
AT91FR4081
SAA7750
PUC3030A
HMS30C7202
ML67Q4001
LC67F500
ATMEL
ATMEL
Philips
Micronas
Hynix
OKI
Snayo
2M Bytes
1M Bytes
384K Bytes
256K Bytes
192K Bytes
256K Bytes
640K Bytes
256K bytes 4K Bytes
128K Bytes
64K bytes
56K bytes


32K bytes

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 HostUSB Slave控制器。见表2。

表2 内置USB控制器的ARM芯片

芯片型号 ARM内核 提供商 USB Slave USB Host IIS接口
S3C2410
S3C2400
S5N8946
L7205
L7210
EP9312
Dragonball MX1
SAA7750
TMS320DSC2x
PUC3030A
AAEC-2000
ML67100
ML7051LA
SA-1100
LH7979531
GMS320C7201
ARM920T
ARM920T
ARM7TDMI
ARM720T
ARM720T
ARM920T
ARM920T
ARM720T
ARM7TDMI
ARM7TDMI
ARM920T
ARM7TDMI
ARM7TDMI
StrongARM
ARM7TDMI
ARM720T
Samsung
Samsung
Samsung
Linkup
linkup
Cirrus Logic
Motorola
Philips
TI
Micronas
Agilent
OKI
OKI
Intel
Sharp
Hynix
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
2
2
0
1
1
3
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
0
1
1
1
0
5
0
0
0
0
0
1

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FIQIRQ,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 IISIntegrate 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 RTCReal 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EP7312RTC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SAA7750S3C2410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 ADCDAC

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。PHILIPSSAA7750更是内置了一个16位三维声音频ADCDAC,并且带耳机驱动。

1.13 扩展总线

大部分ARM芯片具有外部SDRAMSRAM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MicronasPUC3030A没有外部扩展成果。

1.14 UARTIrDA

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

芯片型号 提供商 DSP core DSP MIPS 应  用
TMS320DSC2X
Dragonball MX1
SAA7750
VWS22100
STLC1502
GMS30C3201
AT75C220
AT75C310
AT75C320
L7205
L7210
Quatro
TI
Motorola
Philips
Philips
ST
Hynix
ATMEL
ATMEL
ATMEL
Linkup
Linkup
OAK
16bits C5000
24bits 56000
24bits EPIC
16bits OAK
D950
16bits Piccolo
16bits OAK
16bits OAK
16bits OAK
16bits Piccolo
16bits Piccolo
16bits OAK
500

73
52


40
40x2
60X2


Digital Camera
CD-MP3
CD-MP3
GSM
VOIP
STB
IA
IA
IA
Wireless
Wireless
Digital Image

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

芯片型号 提供商 ARM芯核 FPGA门数 引脚数
EPXA1
EPXA4
EPXA10
TA7S20系列
Altera
Altera
Altera
Triscend
ARM922T
ARM922T
ARM922T
ARM7TDMI
100K
400K
1000K
多种
484
672
1020
多种

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DMADirect 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:HDLCSDLCCD-ROM Decoder,Ethernet MAC,VGA controllerDC-DC。可以选择的内置接口有:IICSPDIFCANSPIPCIPCMCIA

末了需阐明的是封装题目。ARM芯片如今重要的封装有QFPTQFPPQFPLQFPBGALBGA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+DSPARM+FPGAARM+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、TITMS320C5000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、AtmelIntersilAlcatelAlteraCirrus LogicLinkupParthusLSI LogicMicronas,Silicon WaveVirataPortalplayer inc.NetSiliconParthus。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OKINECAKMOAKSharpSanyoSonyRohm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

提供商 芯片1 芯片2 芯片3 芯片4 重要应用
Intel
TI
Samsung
Motorola
Philips
Cirrus Logic
Linkup
ATMEL
OKI
Sharp
Qualcomm
ST
Infineon
Analog
Hynix
Micronas
Conexant
Agilent
Portalpayer
NEC
NetSilicon
LSI Logic
Alcatel
Altera
Panasonic
Silicon Wave
OAK
Rohm
Parthus
Intersil
SiRF
Sirius
Sanyo
Virata
Agere
SA-110
TMS320DSC21
S3C44B0X
Dragonball MX1
SAA7750
EP7209
L7200
AT91R40XXX
ML67100
LH75400/1
MSP1000
STLC1502
PMB7754
AD20MSP430
GMS30C7201
PUC3030A
CN9414
AAEC-2000
PP5002
UPD65977
NET+15
CBP3.0
MTC20276
EPXA1
MN1A7T0200
SiW1750
Quatro
BU6611AKU
InfoSream
ISL3856
SiRF Star II
CDMAx
VOL101
Helium
T8300
SA-1100
TMS320DSC24
S3C2410

VWS22100
EP7212
L7205
AT75C310
ML7051LA
LH79520
MSM3000
STw2400


HMS30C7202

CX82100



NET+40
CBP4.0
MTK20141
EPXA4







DIRAC

Helium 200
T8302
SA-1110
TMS320DSC25
S3C4510

VCS94250
EP7312
L7210
AT76C901
ML67Q4000
LH79531/2/3
MSM5000



HMS39C7092





NET+50
L64324
MTK20285
EPXA10









Helium 210
IXP1200
PMAP1510
S5N8946

VW26001
EP9312

AT76C502
ML67Q2300
LH7A400
MSM6000











MTC20277










Lithium
Palm PC,Network
Digital Camera
ADSL,PDA
BT,PDA
MP3,GSM,3G,BT
GP,MP3
Wireless
GP,Wireless
GP,BT
Portable handheld
CDMA
VOIP,BT
BT
GSM
STB,GP
GP,MP3
Network,Modem
IA
MP3,PDA
Configurable
Ethernet
CDMA
ISDN,ADSL
Configurable
PDA,Phone
BT
Digital Image
ISDN
Wireless Internet
802.11b,WLAN
GPS
3G CDMA
CD-R HDC
Communications
Mobile phone

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

应  用 第一选择方案 第二选择方案 注  释
高等PDA S3C2410 Dragon ball MX1  
便携CDMP3播放器 SAA7750   USB和CD-ROM解码器
FLASH MP3播放器 SAA7750 PUC3030A 内置USB和FLASH
WLAN和BT应用产品 L7205,L7210 Dragon ball MX1 高速串口和PCMCIA接口
Voice Over IP STLC1502  
数字式照相机 TMS320DSC24 TMS320DSC21 内置高速图像处理惩罚DSP
便携式语音email 机 AT75C320 AT75C310 内置双DSP,可以分别处理惩罚MODEM和语音
GSM手机 VWS22100 AD20MSP430 专为GSM手机开辟
ADSL Modem S5N8946 MTK-20141  
电视机顶盒 GMS30C3201   VGA控制器
3G移动德律风机 MSM6000 OMAP1510  
10G光纤通讯 MinSpeed公司系列ARM芯片 ARM核+多DSP