1、ARM芯片的應用和選型文章來源：電子技術應用周潔楊心懷ARM公司自1990年正式成立以來，在32位RISC(ReducedInstructionSetComputer)CPU開發(fā)領域不斷取得突破，其結構已經從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來，直以IP(IntelligenceProperty)提供者的身份向各大半導體制造商出售知識產權，而自己從不介入芯片的生產銷售，加上其設計的芯核具有功耗低、成本低等顯著優(yōu)點，因此獲得眾多的半導體廠家和整機廠商的大力支持，在32位嵌入式應用領域獲得了巨大的成功，目前已經占有75%以上32位RISC嵌入式產品市場。在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市

2、場領導地位?，F(xiàn)在設計、生產ARM芯片的國際大公司已經超過50多家，國中興通訊和華為通訊等公司已經購買ARM公司芯核用于通訊專用芯片的設計。目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI，StrongARM，ARM720T，ARM9TDMI，ARM922T，ARM940T，RM946T，ARM966T，ARM10TDMI等。自V5以且，ARM公司提供PiccoloDSP的芯核給芯片設計得，用于設計ARMDSP的SOC(SystemOnChip)結構芯片。此外，ARM芯片還獲得了許多實時操作系統(tǒng)(RealTimeOperatingSystem)供應商的支持，比較知名的有：WindowsCE、Linux

3、、pSOS、VxWorks、Nucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。隨著國內嵌入式應用領域的發(fā)展，ARM芯片必然會獲得廣泛的重視和應用。但是，由于ARM芯片有多達十幾種的芯核結構，70多芯片生產廠家，以及千變萬化的內部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時帶來一定的困難。所以，對ARM芯片做一對比研究是十分必要的。1 ARM芯片選擇的一般原則從應用的角度，對在選擇ARM芯片時所應考慮的主要困素做一詳細的說明。1.1 ARM芯核如果希望使用WinCE或Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU(memorymanagementunit)功能的ARM芯片，

4、ARM720T、Stron-gARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都帶有MMU功能。而ARM7TDMI沒有MMU,不支持WindowsCE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)時鐘控制器系統(tǒng)時鐘決定了ARM芯片的處理速度。ARM7的處理速度為0.9MIPS/MHz，常見的ARM7芯片系統(tǒng)主時鐘為20MHz-133MHz，ARM9的處理速度為l.lMIPS/MHz,常見的ARM9的系統(tǒng)主時鐘為100MHz-233MHz，ARM10最高可以達到700MHz。不同芯片對時鐘的處理不同，有的芯片只有一個主時鐘頻率，這樣的芯片可

5、能不能同時顧及UART和音頻時鐘準確性，如CirrusLogic的EP7312等；有的芯片內部時鐘控制器可以分別為CPU核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供同頻率的時鐘，如PHILIPS公司SAA7750等芯片。1.3 內部存儲器容量在不需要大容量存儲器時，可以考慮選用有內置存儲器的ARM芯片。見表1。表1內置存儲器的ARM芯片芯片型號供應商FLASH容量ROM容量SRAM容量AT91F40162ATMEL2MBytes4KBytesAT91FR4081ATMEL1MBytes128KBytesSAA7750Philips384KBytes64KbytesPUC3030AMicro

6、nas256KBytes256Kbytes56KbytesHMS30C7202Hynix192KBytesML67Q4001OKI256KBytesLC67F500Snayo640KBytes32Kbytes1.4 USB接口許多ARM芯片內置有USB控制器，有些芯片甚至同時有USBHost和USBSlave控制器。見表2。表2內置USB控制器的ARM芯片芯片型號ARM內核供應商USBSlaveUSBHostIIS接口S3C2410ARM920TSamsung121S3C2400ARM920TSamsung121S5N8946ARM7TDMISamsung100L7205ARM720TLink

7、up110L7210ARM720Tlinkup110EP9312ARM920TCirrusLogic031DragonballMX1ARM920TMotorola101SAA7750ARM720TPhilips101TMS320DSC2xARM7TDMITI100PUC3030AARM7TDMIMicronas105AAEC-2000ARM920TAgilent100ML67100ARM7TDMIOKI100ML7051LAARM7TDMIOKI100SA-1100StrongARMIntel100LH7979531ARM7TDMISharp100GMS320C7201ARM720THynix

8、1011.5GPIO數(shù)量在某些芯片供應商提供的說明書中，往往申明的是最大可能的GPI0數(shù)量，但是有許多引腳是和地址線、數(shù)據(jù)線、串口線等引腳復用的。這樣在系統(tǒng)設計時需要計算實際可以使用的GPIO數(shù)量。1.6 中斷控制器ARM內核只提供快速中斷（FIQ）和標準中斷（IRQ）兩個中斷向量。但各個半導體廠家在設計芯片時加入了自己同的中斷控制器，以便支持諸如串行口、外部中斷、時鐘斷等硬件中斷。外部中斷控制是選擇芯片必須考慮的重要因素，合理的外部中斷設計可以很大程度的減少任務調度工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750，所有GPIO都可以設置成FIQ或IRQ，并且可以選擇升沿、下降沿、高電平、低電平

9、四種中斷方式。這使得紅外線遙控接收、指輪盤和鍵盤等任務都可以作為背景程序運行。而CirrusLogic公司的EP7312芯片，只有4個外部中斷源，并且每個中斷源都只能是低電平或才高電平中斷，樣在用于接收紅外線信號的場合時，就必須用查詢方式，會浪費大量CPU時間。1.7 IIS(IntegrateInterfaceofSound)接口即集成音頻接口。如果設計者頻應用產品，IIS總線接口是必需的。1.8 nWAIT信號外部總線速度控制信號。不是每個ARM芯片都提供這個信號引腳，利用這個信號與廉價的GAL芯片就可以實現(xiàn)與符合PCMCIA標準的WLAN卡和Bluetooth卡的接口，而不需要外加高成本

10、的PCMCIA專用控制芯片。另外，當需要擴展外部DSP協(xié)處理器時，此信號也是必需的。1.9 RTC(RealTimeClock)很多ARM芯片都提供實時時鐘功能，但方式不同。如CirrusLogic公司的EP7312的RTC只是一個32位計數(shù)器，需要通過軟件計算出年月日時分秒；而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日時分秒格式。1.10 LCD控制器有些ARM芯片內置LCD控制器，有的甚至內置64K彩色TFTLCD控制器。在設計PDA和手持式顯示記錄設備時，選用內置LCD控制器的ARM芯片如S1C2410較為適宜。1.11 PWM輸出有些ARM芯片有28路PWM輸出，可以用

11、于電機控制或語音輸出等場合。1.12 ADC和DAC有些ARM芯片內置28通道812位通用ADC，可以用于電池檢測、觸摸屏和溫度監(jiān)測等。PHILIPS的SAA7750更是內置了一個16位立體聲音頻ADC和DAC，并且?guī)Ф鷻C驅動。1.13 擴展總線大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM擴展接口，不同的ARM芯片可以擴展的芯片數(shù)量即片選線數(shù)量不同,外部數(shù)據(jù)總線有8位、16位或32位。某些特殊應用ARM芯片如德國Micronas的PUC3030A沒有外部擴展功能。1.14 UART和IrDA幾乎所有的ARM芯片都具有12個UART接口，可以用于和PC機通訊或用Angel進行調試。一般的ARM芯

12、片通訊波特率為115，200bps,少數(shù)專為藍牙技術應用設計的ARM芯片的UART通訊波特率可以達到920Kbps，如Linkup公司L7205。1.15 DSP協(xié)處理器，見表3。表3ARM+DSP結構的ARM芯片芯片型號供應商DSPcoreDSPMIPS應用TMS320DSC2XTI16bitsC5000DigitalCameraDragonballMX1Motorola24bits56000500CD-MP3SAA7750Philips24bitsEPICCD-MP3VWS22100Philips16bitsOAK73LCGSMSTLC1502STD95052VOIPGMS30C3201H

13、ynix16bitsPiccoloSTBAT75C220ATMEL16bitsOAKIAAT75C310ATMEL16bitsOAK40IAAT75C320ATMEL16bitsOAK40x2IAL7205Linkup16bitsPiccolo60X2WirelessL7210Linkup16bitsPiccoloWirelessQuatroOAK16bitsOAKDigitalImage1.16 內置FPGA有些ARM芯片內置有FPGA，適合于通訊等領域。見表4。表4ARM+FPGA結構的ARM芯片芯片型號供應商ARM芯核FPGA門數(shù)引腳數(shù)EPXA1AlteraARM922T100K484E

14、PXA4AlteraARM922T400K672EPXA10AlteraARM922T1000K1020TA7S20系列TriscendARM7TDMI多種多種1.17 時鐘計數(shù)器和看門狗一般ARM芯片都具有24個16位或32位時鐘計數(shù)器和一個看門狗計數(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、睡眠模式和關閉模式。1.19 DMA控制器有些ARM芯片內部集成有DMA(DirectMemoryAccess)，可以和硬盤等外部設備高速交換數(shù)據(jù)，同時減少數(shù)據(jù)交換時對CPU資源的占用。另外，還可以選擇的內部功能部件有：HDLC，SDLC，CD-ROMD

15、ecoder,EthernetMAC,VGAcontroller，DC-DC?？梢赃x擇的內置接口有：IIC，SPDIF，CAN，SPI，PCI，PCMCIAo最后需說明的是封裝問題。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，可以減少PCB板的面積，但是需要專用的焊接設備，無法手工焊接。另外一般BGA封裝的ARM芯片無法用雙面板完成PCB布線，需要多層PCB板布線。2 多芯核結構ARM芯片的選擇為了增強多任務處理能力、數(shù)學運算能力、多媒體以及網絡處理能力，某些供應商提供的ARM芯片內置多個芯核，目前常見的ARM+DSP

16、，ARM+FPGA，ARM+ARM等結構。2.1 多ARM芯核為了增強多任務處理能力和多媒體處理能力，某些ARM芯片內置多個ARM芯核。例如Portalplayer公司的PP5002內部集成了兩個ARM7TDMI芯核，可以應用于便攜式MP3播放器的編碼器或解碼器。從科勝訊公司(Conexant)分離出云的專門致力于高速通訊芯片設計生產的MinSpeed公司就在其多款高速通訊芯片中集成了24個ARM7TDMI內核。2.2 ARM芯核+DSP芯核為了增強數(shù)學運算功能和多媒體處理功能，許多供應商在其ARM芯片內增加了DSP協(xié)處理器。通常加入的DSP苡核有ARM公司的PiccoloDSP芯核、OAK公

17、司16位定點DSP芯核、TI的TMS320C5000系列DSP芯核、Motorola的56KDSP芯核等。見表3。2.3 ARM芯核+FPGA為了提高系統(tǒng)硬件的在線升級能力，某些公司在ARM芯片內部集成了FPGA。見表4。3 主要ARM芯片供應商目前可以提供ARM芯片的著名歐美半導體公司有：英特爾、德洲儀器、三星半導體、摩托羅拉、飛利浦半導體、意法半導體、億恒半導體、科勝訊、ADI公司、安捷倫、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、CirrusLogic、Linkup、Parthus、LSILogic、Micronas,SiliconWave、Virata、Po

18、rtalplayerinc.、NetSilicon，Parthus。見表5。日本的許多著名半導體公司或東芝、三菱半導體、愛普生、富士通半導體、松下半導體等公司較早期都大力投入開了自主的32位CPU結構，但現(xiàn)在都轉向購買ARM公司的芯核進行新產品設計。由于它們購買ARM版權較晚，現(xiàn)在還沒有可銷售的ARM芯片，而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半導體公司目前都已經已經指生產了ARM芯片。韓國的現(xiàn)代半導體公司也生產提供ARM芯片。另外，國外也很多設備制造商采用ARM公司芯核設計自己的專用芯片，如美國的IBM、3COM和新加坡的創(chuàng)新科技等。我國臺灣地區(qū)可

19、以提供ARM芯片的公司臺積電、臺聯(lián)電、華幫電子等。其它已購買ARM芯核，正在設計自主版板權專用芯片的大陸公司會為通訊中興通訊等。表5主要ARM芯片供應商及其代表性產品和主要應用領域供應商芯片1芯片2芯片3芯片4主要應用IntelSA-110SA-1100SA-1110IXP1200PalmPC,NetworkTITMS320DSC21TMS320DSC24TMS320DSC25PMAP1510DigitalCameraSamsungS3C44B0XS3C2410S3C4510S5N8946ADSL,PDAMotorolaPhilipsDragonballMX1SAA7750VWS22100VC

20、S94250VW26001BT,PDAMP3,GSM,3G,BTCirrusLogicEP7209EP7212EP7312EP9312GP,MP3LinkupL7200L7205L7210WirelessATMELAT91R40XXXAT75C310AT76C901AT76C502GP,WirelessOKIML67100ML7051LAML67Q4000ML67Q2300GP,BTSharpLH75400/1LH79520LH79531/2/3LH7A400PortablehandheldQualcommMSP1000MSM3000MSM5000MSM6000CDMASTSTLC1502ST

21、w2400VOIP,BTInfineonPMB7754BTAnalogAD20MSP430GSMHynixGMS30C7201HMS30C7202HMS39C7092STB,GPMicronasPUC3030AGP,MP3ConexantCN9414CX82100Network,ModemAgilentAAEC-2000IAPortalpayerPP5002MP3,PDANECUPD65977ConfigurableNetSiliconNET+15NET+40NET+50EthernetLSILogicCBP3.0CBP4.0L64324CDMAAlcatelMTC20276MTK20141MTK20285MTC20277ISDN,ADSLAlteraEPXA1EPXA4EPXA10ConfigurablePanasonicMN1A7T0200PDA,PhoneSiliconWaveSiW1750BTOAKQuatroDigitalImageRohm