ARM公司以及ARM芯片的現(xiàn)狀和發(fā)展,從應用的角度介紹了ARM芯片的選擇方法,并介紹了
具有多芯核結構的ARM芯片。列舉了目前的主要ARM芯片供應商,其產(chǎn)品以及應用領域。舉例說明
了幾種嵌入式產(chǎn)品的最佳ARM芯片選擇方案。
關鍵詞：ARM MMU SOC RISC CPU
ARM公司自1990年正式成立以來, 在32位RISC (Reduced Instruction Set Computer CPU開
發(fā)領域不斷取得突破,其結構已經(jīng)從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來,一直以IP
(Intelligence Property)提供者的身份向各大半導體制造商出售知識產(chǎn)權,而自己從不介入芯
片的生產(chǎn)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(jīng)占有75%以上的32
位RISC嵌入式產(chǎn)品市場。在低功耗、低成本的嵌入式應用領域確立了市場領導地位�，F(xiàn)在設計、
生產(chǎn)ARM芯片的國際大公司已經(jīng)超過50多家,國內(nèi)中興通訊和華為通訊等公司也已經(jīng)購買ARM公司
的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,ARM10TDM1等。自V5以后,ARM公司提供Piccolo DSP的芯核給芯片設計者,用于設計
ARM+DSP 的SOC (System On Chip) 結構的芯片。此外,ARM芯片還獲得了許多實時操作系統(tǒng)
(Real Time Operating System)供應商的支持,比較知名的有：Windows CE、Linux、pSOS、
VxWorks Mucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。
隨著國內(nèi)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多家芯片生產(chǎn)廠家,以及千變?nèi)f化的內(nèi)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因素做一詳細的說明。
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
(memory management unit)功能的ARM芯片,ARM720T、StrongARM、ARM920T、ARM922T、
ARM946T都帶有MMU功能。而ARM7TDMI沒有MMU,不支持Windows CE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1.1MIPS/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,這樣的芯片可能不能同時顧及UART和音頻時鐘的準確性,如Cirrus Logic的EP7312等;有
的芯片內(nèi)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不同頻率的時
鐘,如PHILIPS公司的SAA7550等芯片。
1.3 內(nèi)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(nèi)置存儲器的ARM芯片。見表1。
表1 內(nèi)置存儲器的ARM芯片
芯片型號 供應商 FLASH容量 ROM容量 SRAM容量
AT91F40162 ATMEL 2M Bytes 256K bytes 4K Bytes
AT91FR4081 ATMEL 1M Bytes 128K Bytes
SAA7750 Philips 384K Bytes 64K bytes
PUC3030A Micronas 256K Bytes 56K bytes
HMS30C7202 Hynix 192K Bytes
ML67Q4001 OKI 256K Bytes
LC67F500 Snayo 640K Bytes 32K
1.4 USB接口
許多ARM芯片內(nèi)置有USB控制器,有些芯片甚至同時有USB Host和USB Slave控制器。見表2。
表2 內(nèi)置USB控制器的ARM芯片
芯片型號 ARM內(nèi)核 供應商 USB Slave USB Host IIS接口
S3C2410 ARM920T Samsung 1 2 1
S3C2400 ARM920T Samsung 1 2 1
S5N8946 ARM7TDMI samsung 1 0 0
L7205 ARM720T Linkup 1 1 0
L7210 ARM720T Linkup 1 1 0
EP9312 ARM920T Cirrus Logic 0 3 1
Dragonball MX1 ARM920T Motorola 1 0 1
SAA7750 ARM720T Philips 1 0 1
TMS320DSC2x ARM7TDMI TI 1 0 0
PUC3030A ARM7TDMI Micronas 1 0 5
AAEC-2000 ARM920T Agilent 1 0 0
ML67100 ARM7TDMI OKI 1 0 0
ML7051LA ARM7TDMI OKI 1 0 0
SA-1100 StrongARM Intel 1 0 0
LH79531 ARM7TDMI Sharp 1 0 0
GMS320C7201 ARM720T Hynix 1 0 1
1.5 GPIO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GPIO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(nèi)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
加入了自己不同的中斷控制器,以便支持諸如串行口、外部中斷、時鐘中斷等硬件中斷。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(diào)度的工
作量。例如PHILIPS公司的SAA7750,所有GPIO都可以設置成FIQ或IRQ,并且可以選擇上升沿、
下降沿、高電平、低電平四種中斷方式。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Cirrus Logic公司的EP7312芯片,只有4個外部中斷源,并且每個中斷源都
只能是低電平或者高電平中斷,這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
費大量的CPU時間。
1.7 IIS(Integrate Interface of Sound)接口
即集成音頻接口。如果設計音頻應用產(chǎn)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 (Real Time Clock)
很多ARM芯片都提供實時時鐘功能,但方式不同。如Cirrus Logic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(nèi)置LCD控制器,有的甚至內(nèi)置64K彩色TFT LCD控制器。在設計PDA和手持式顯示記
錄設備時,選用內(nèi)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2~8路PWM輸出,可以用于電機控制或語音輸出等場合。
1.12 ADC和DAC
有些ARM芯片內(nèi)置2~8通道8~12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(nèi)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。某些特殊應用的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1~2個UART接口,可以用于和PC機通訊或用Angel 進行調(diào)試。一般的
ARM芯片通訊波特率為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 公司的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 應商 DSP core DSP MIPS 應用
TMS320DSC2X TI 16bits C5000 500 Digital Camera
Dragonball MX1 Motorola 24bits 56000 CD-MP3
SAA7750 Philips 24bits EPIC 73 CD-MP3
VWS22100 Philips 16bits OAK 52 GSM
STLC1502 ST D950 VOIP
GMS30C3201 Hynix 16bits Piccolo STB
AT75C220 ATMEL 16bits OAK 40 IA
AT75C310 ATMEL 16bits OAK 40x2 IA
AT75C320 ATMEL 16bits OAK 60X2 IA
L7205 Linkup 16bits Piccolo Wireless
L7210 Linkup 16bits Piccolo wireless
Quatro OAK 16bits OAK Digital Image
1.16 內(nèi)置FPGA
有些ARM芯片內(nèi)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)
EPXA1 Altera ARM922T 100K 484
EPXA4 Altera ARM922T 400K 672
EPXA10 Altera ARM922T 1000K 1020
TA7S20系列 Triscend ARM7TDMI 多種 多種
1.17 時鐘計數(shù)器和看門狗
一般ARM芯片都具有2~4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(nèi)部集成有DMA(Direct Memory Access)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(nèi)部功能部件有：HDLC, SDLC,CD-ROM Decoder,Ethernet MAC,VGA
controller, DC-DC�？梢赃x擇的內(nèi)置接口有：IIC,SPDIF,CAN,SPI,PCI,PCMCIA。
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(wǎng)絡處理能力,某些供應商提供的ARM芯片
內(nèi)置多個芯核,目前常見的有ARM+DSP,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(nèi)置多個ARM芯核。例如Portal
player 公司的PP5002 內(nèi)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)分離出去的專門致力于高速通訊芯片設計生產(chǎn)的MinSpeed公
司就在其多款高速通訊芯片中集成了2~4個ARM7TDMI內(nèi)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(nèi)增加了DSP協(xié)處理器。通常
加入的DSP芯核有ARM公司的Piccolo DSP芯核、OAK公司16位定點DSP芯核、TI的TMS320C5000系
列DSP芯核、Motorola的56K DSP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(nèi)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、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI logic、Micronas,
Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetSilicon,Parthus。見表5。日本的許多著
名半導體公司如東芝、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
入開發(fā)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(chǎn)品設計。由于它們購買
ARM版權較晚,現(xiàn)在還沒有可以銷售的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(jīng)批量生產(chǎn)了ARM芯片。韓國的現(xiàn)代半導體公司也生產(chǎn)提
供ARM芯片。另外,國外也有很多設備制造商采用ARM公司的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)可以提供ARM芯片的公司有臺積電、臺聯(lián)電、華
幫電子等。其它已購買ARM芯核,正在設計自主版權專用芯片的大陸公司有華為通訊和中興通訊
等。
表5 主要ARM芯片供應商及其代表性產(chǎn)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
Intel SA-110 SA-1100 SA-1110 IXP1200 Palm PC, Network
TI TMS320DSC21 TMS320DSC24 TMS320DSC25 OMAP1510 Digital Camera
Samsung S3C44B0X S3C2410 S3C4510 S5N8946 ADSL,PDA
Motorola Dragonball MX1 BT,PDA
Philips SAA7750 VWS22100 VCS94250 VWS26001 MP3,GSM ,3G,BT
Cirrus Logic EP7209 EP7212 EP7312 EP9312 GP,MP3
Linkup L7200 L7205 L7210 Wireless
ATMEL AT91R40XXX AT75C310 AT76C901 AT76C502 GP, Wireless
OKI ML67100 ML7051LA ML67Q4000 ML67Q2300 GP,BT
Sharp LH75400/1 LH79520LH79520 LH79531/2/3 LH7A400 Portable handheld
Qualcomm MSP1000 MSM3000 MSM5000 MSM6000 CDMA
ST STLC1502 STw2400 VOIP,BT
Infineon PMB7754 BT
Analog AD20MSP430 GSM
Hynix GMS30C7201 HMS30C7202 HMS39C7092 STB,GP
Micronas PUC3030A GP, MP3
Conexant CN9414 CX82100 Network, Modem
Agilent AAEC-2000 IA
Portalplayer PP5002 MP3, PDA
NEC UPD65977 Configurable
NetSilicon NET+15 NET+40 NET+50 PDA, Phone
LSI Logic CBP3.0 CBP4.0 L64324 BT
Alcatel MTC20276 MTK20141 MTK20285 MTC20277 Digital Image
Altera EPXA1 EPXA4 EPXA10 Configurable
Panasonic MN1A7T0200 PDA,Phone
Silicon Wave SiW1750 BT
OAK Quatro Digital Image
Rohm BU6611AKU ISDN
Parthus InfoSream Wireless Internet
Intersil ISL3856 802.11b, WLAN
SiRF SiRF Star II GPS
Sirius CDMAx DIRAC 3G CDMA
Sanyo VOL101 CD-R, HDC
Virata Helium Helium 200 Helium 210 Lithium Communications
Agere T8300 T8302 Mobile phone
表6 最佳應用方案推薦
應用 第一選擇方案 第二方案 注釋
高檔PDA S3C2410 Dragon ball MX1
便攜式CDMP3播放器 SAA7750 USB和CD-ROM解碼器
FLASHMP3播放器 SAA7750 PUC3030A 內(nèi)置USB和FLASH
WLAN和BT應用產(chǎn)品 L7205,L7210 Dragon ball MX1 高速串口和PCMCIA接口
Voice Over IP STLC1502
數(shù)字式照相機 TMS320DSC24 TMS320DSC21 內(nèi)置高速圖像處理DSP
便攜式語音email機 AT75C320 AT75C310 內(nèi)置雙DSP,可以分別處理MODEM和語音
GSM手機 VWS22100 AD20MSP430 專為GSM手機開發(fā)
ADSLModem S5N8946 MTK-20141
電視機頂盒 GMS30C3201 VGA控制器
3G移動電話機 MSM6000 OMAP1510
10G光纖通信 MinSpeed公司系列ARM芯片 多ARM核+多DSP核
4 選擇方案舉例
表6列舉的最佳方案僅供參考,由于SOC集成電路的發(fā)展非常迅速,今天的最佳方案到明天就可能
不是最佳的了。因此任何時候在選擇方案時,都應廣泛搜尋一下主要的ARM芯片供應商,以找出最
適合的芯片。
ARM的介紹和選擇-單片機教程ARM的介紹和選擇ARM的介紹和選擇
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