ARM的選型

ARM的選型

       鑑於 ARM 微處理器的衆多優點，隨着國內外嵌入式應用領域的逐步發展， ARM 微處理器必然會獲得廣泛的重視和應用。但是，由於 ARM 微處理器有多達十幾種的內核結構，幾十個芯片生產廠家，以及千變萬化的內部功能配置組合，給開發人員在選擇方案時帶來一定的困難，所以，對 ARM芯片做一些對比研究是十分必要的。

       以下從應用的角度出發，對在選擇 ARM 微處理器時所應考慮的主要問題做一些簡要的探討。

       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 等操作系統以減少軟件開發時間，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 等少數幾種 Linux 不需要 MMU 的支持。

       1.2 系統時鐘控制器

       系統時鐘決定了 ARM 芯片的處理速度。 ARM7 的處理速度爲0.9 MIPS/MHz ，常見的 ARM7 芯片系統主時鐘爲20 MHz-133MHz ， ARM9 的處理速度爲1.1 MIPS/MHz ，常見的 ARM9 的系統主時鐘爲100 MHz-233MHz ， ARM10 最高可以達到700 MHz 。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；有的芯片內部時鐘控制器可以分別爲 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                                                                                

芯片型號	供應商	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

       許多ARM芯片內置有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 內置USB控制器的ARM芯片

芯片型號	ARM內核	供應商	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數量

  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數量，但是有許多引腳是和地址線、數據線、串口線等引腳複用的。這樣在系統設計時需要計算實際可以使用的GPIO數量。

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，並且可以選擇升沿、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爲背景程序運行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片，只有4個外部中斷源，並且 每個中斷源都只能是低電平或才高電平中斷，樣在用於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（Integrate Interface of Sound）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TFT LCD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較爲適宜。

1.11 PWM輸出

有些ARM芯片有2～8路PWM輸出，可以用於電機控制或語音輸出等場合。

1.12 ADC和DAC

有些ARM芯片內置2～8通道8～12位通用ADC，可以用於電池檢測、觸摸屏和溫度監測等。PHILIPS的SAA7750更是內置了一個16位立體聲音頻ADC和DAC，並且帶耳機驅動。

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量即片選線數量不同，外部數據總線有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1～2個UART接口，可以用於和PC機通訊或用Angel進行調試。一般的ARM芯片通訊波特率爲115，200bps，少數專爲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協處理器，見表3。

表3 ARM+DSP結構的ARM芯片

芯片型號	供應商	DSP core	DSP MIPS	應  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 內置FPGA

有些ARM芯片內置有FPGA，適合於通訊等領域。見表4。

表4 ARM+FPGA結構的ARM芯片

芯片型號	供應商	ARM芯核	FPGA門數	引腳數
EPXA1 EPXA4 EPXA10 TA7S20系列	Altera Altera Altera Triscend	ARM922T ARM922T ARM922T ARM7TDMI	100K 400K 1000K 多種	484 672 1020 多種

1.17 時鐘計數器和看門狗

一般ARM芯片都具有2～4個16位或32位時鐘計數器和一個看門狗計數器。

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（Direct Memory Access），可以和硬盤等外部設備高速交換數據，同時減少數據交換時對CPU資源的佔用。

另外，還可以選擇的內部功能部件有：HDLC，SDLC，CD-ROM Decoder,Ethernet MAC,VGA controller，DC-DC。可以選擇的內置接口有：IIC，SPDIF，CAN，SPI，PCI，PCMCIA。

最後需說明的是封裝問題。ARM芯片現在主要的封裝有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佈線，需要多層PCB板佈線。

       2 多芯核結構ARM芯片的選擇

爲了增強多任務處理能力、數學運算能力、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，ARM+FPGA，ARM+ARM等結構。

2.1 多ARM芯核

爲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Portal player公司的PP5002內部集成了兩個ARM7TDMI芯核，可以應用於便攜式MP3播放器的編碼器或解碼器。從科勝訊公司（Conexant）分離出雲的專門致力於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2～4個ARM7TDMI內核。

2.2 ARM芯核+DSP芯核

爲了增強數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協處理器。通常加入的DSP苡核有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

爲了提高系統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、億恆半導體、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，但現在都轉向購買ARM公司的芯核進行新產品設計。由於它們購買ARM版權較晚，現在還沒有可銷售的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。韓國的現代半導體公司也生產提供ARM芯片。另外 ，國外也很多設備製造商採用ARM公司芯核設計自己的專用芯片，如美國的IBM、3COM和新加坡的創新科技等。我國臺灣地區可以提供ARM芯片的公司臺積電、臺聯電、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爲中興通訊等。

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
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 選擇方案舉例

表6列舉的最佳方案僅供參考，由於SOC集成電路的發展非常迅速，今天的最佳方案到明天就可以不是最佳的了。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，以找出最適合芯片。

表6 最佳應用方案推薦

 

應  用	第一選擇方案	第二選擇方案	注  釋
高檔PDA	S3C2410	Dragon ball MX1
便攜CDMP3播放器	SAA7750		USB和CD-ROM解碼器
FLASH MP3播放器	SAA7750	PUC3030A	內置USB和FLASH
WLAN和BT應用產品	L7205，L7210	Dragon ball MX1	高速串口和PCMCIA接口
Voice Over IP	STLC1502
數字式照相機	TMS320DSC24	TMS320DSC21	內置高速圖像處理DSP
便攜式語音email 機	AT75C320	AT75C310	內置雙DSP，可以分別處理MODEM和語音
GSM手機	VWS22100	AD20MSP430	專爲GSM手機開發
ADSL Modem	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

 

文章轉自http://blog.ednchina.com/lixuelei2010/2052615/Message.aspx