32位RISC CPU ARM芯片的應用和選型

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(lǐng)域不斷取得突破，其結(jié)構(gòu)已經(jīng)從V3發(fā)展到V6。由于ARM公司自成立以來，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(quán)，而自己從不介入芯片的生產(chǎn)銷售，加上其設(shè)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(lǐng)域獲得了巨大的成功，目前已經(jīng)占有75%以上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(lǐng)域確立了市場領(lǐng)導地位。現(xiàn)在設(shè)計、生產(chǎn)ARM芯片的國際大公司已經(jīng)超過50多家，國中興通訊和華為通訊等公司已經(jīng)購買ARM公司芯核用于通訊專用芯片的設(shè)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Piccolo DSP的芯核給芯片設(shè)計得，用于設(shè)計ARMDSP的SOC（System On Chip）結(jié)構(gòu)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、Nucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。

隨著國內(nèi)嵌入式應用領(lǐng)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(jié)構(gòu)，70多芯片生產(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（memory management unit）功能的ARM芯片，ARM720T、Stron-gARM、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同頻率的時鐘，如PHILIPS公司SAA7750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

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。

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(shè)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(shè)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(shè)計可以很大程度的減少任務調(diào)度工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750，所有GPIO都可以設(shè)置成FIQ或IRQ，并且可以選擇升沿、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。