ARM芯片的特點(diǎn)與選型

　1.5 ARM芯片的特點(diǎn)與選型
　　1.5.1 不同系列處理器間的比較
　　表1.3顯示了ARM7、ARM9、ARM10及ARM11內(nèi)核之間屬性的比較。有些屬性依賴于生產(chǎn)過程和工藝，具體芯片需參閱其芯片手冊。
　　表1.3 ARM系列處理器屬性比較
　　項(xiàng) 目ARM7ARM9ARM10ARM11
　　流水線深度3級5級6級8級
　　典型頻率（MHz）80150260335
　　功耗（mw/ MHz）0.060.19（+Cache）0.5（+Cache）0.4（+Cache）
　　MIPS/ MHz0.971.11.31.2
　　架構(gòu)馮·諾伊曼哈佛哈佛哈佛
　　乘法器8×328×3216×3216×32
　　表1.4總結(jié)了各種處理器的不同功能。
　　表1.4 ARM處理器不同功能特性
　　CPU核MMU/MPUCacheJazelleThumb指令集E
　　ARM7TDMI無無否是v4T否
　　ARM7EJ-S無無是是v5TEJ是
　　ARM720TMMU統(tǒng)一8KBCache否是v4T否
　　ARM920TMMU獨(dú)立16KB指令和數(shù)據(jù)Cache否是v4T否
　　ARM922TMMU獨(dú)立8KB指令和數(shù)據(jù)Cache否是v4T否
　　ARM926EJ-SMMUCache和TCM可配置是是v5TEJ是
　　ARM940TMPU獨(dú)立4KB指令和數(shù)據(jù)Cache否是v4T否
　　ARM946E-SMPUCache和TCM可配置否是v5TE是
　　ARM966E-S無Cache和TCM可配置否是v5TE是
　　ARM1020EMMU獨(dú)立32KB指令和數(shù)據(jù)Cache否是v5TE是
　　ARM1022EMMU獨(dú)立16KB指令和數(shù)據(jù)Cache否是v5TE是
　　ARM1026EJ-SMMUCache和TCM可配置是是v5TE是
　　ARM1036J-SMMUCache和TCM可配置是是v6是
　　ARM1136JF-SMMUCache和TCM可配置是是v6是
　　1.5.2 ARM芯片的選型
　　隨著國內(nèi)嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展，ARM芯片必然會獲得廣泛的重視和應(yīng)用。但是由于ARM芯片有多達(dá)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，開發(fā)人員在選擇方案時(shí)會有一定的困難。所以對ARM芯片做對比研究是十分必要的。
　　1．ARM芯片選擇的一般原則
　　從應(yīng)用角度看，在選擇ARM芯片時(shí)應(yīng)從以下幾個方面考慮。
　　（1）ARM芯核
　　如果希望使用Windows CE或Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時(shí)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。
　?。?）系統(tǒng)時(shí)鐘控制器
　　系統(tǒng)時(shí)鐘決定了ARM芯片的處理速度。ARM7的處理速度為0.97MIPS/MHz，常見的ARM7芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為20～133MHz，ARM9的處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM9的系統(tǒng)主時(shí)鐘為100～233MHz，ARM10最高可以達(dá)到700MHz。不同芯片對時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只有一個主時(shí)鐘頻率，這樣的芯片可能不能同時(shí)顧及UART和音頻時(shí)鐘準(zhǔn)確性，如Cirrus Logic的EP7312等；有的芯片內(nèi)部時(shí)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(shí)鐘，如PHILIPS公司SAA7750等芯片。
　?。?）內(nèi)部存儲器容量
　　在不需要大容量存儲器時(shí)，可以考慮選用有內(nèi)置存儲器的ARM芯片。表1.5列出了內(nèi)置存儲器的ARM芯片。
　　表1.5 內(nèi)置存儲器的ARM芯片
　　芯 片 型 號供 應(yīng) 商Flash容量ROM容量SDAM容量
　　AT91F40162ATMEL2MB256KB4KB
　　AT91FR4081ATMEL1MB128KB
　　SAA7750Philips384KB64KB
　　PUC3030AMicornas256KB56KB
　　HMS30C7272Hynix192KB
　　LC67F500Snayo640KB32KB
　　（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(shí)有USB Host和USB Slave控制器。表1.6顯示了內(nèi)置USB控制器的ARM芯片。
　　表1.6 內(nèi)置USB控制器的ARM芯片
　　芯 片 型 號ARM內(nèi)核供 應(yīng) 商USB SlaveUSB HostIIS接口
　　S3C2410ARM920TSamsung121
　　S3C2400ARM920TSamsung121
　　S5N8946ARM7TDMISamsung100
　　L7205ARM720TLinkup110
　　L7210ARM720TLinkup110
　　EP9312ARM920TCirrus logic031
　　Dragonball MX1ARM920TMotorola101
　　SAA7750ARM720TPlilips101
　　TMS320DSC2xARM7TDMITI100
　　PUC3030AARM7TDMIMicronas105
　　ML67100ARM7TDMIOKI100
　　ML7051LAARM7TDMIOKI100
　　SA-1100StrongARMIntel100
　　續(xù)表
　　芯 片 型 號ARM內(nèi)核供 應(yīng) 商USB SlaveUSB HostIIS接口
　　LH7979531ARM7TDMISharp100
　　GMS320C7201ARM720THynix101
　?。?）GPIO數(shù)量
　　在某些芯片供應(yīng)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(fù)用的。這樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算實(shí)際可以使用的GPIO數(shù)量。
　?。?）中斷控制器
　　ARM內(nèi)核只提供快速中斷（FIQ）和標(biāo)準(zhǔn)中斷（IRQ）兩個中斷向量。但各個半導(dǎo)體廠家在設(shè)計(jì)芯片時(shí)加入了自己定義的中斷控制器，以便支持諸如串行口、外部中斷、時(shí)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(shè)計(jì)可以很大程度地減少任務(wù)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，并且可以選擇上升沿、下降沿、高電平和低電平4種中斷方式。這使得紅外線遙控接收、指輪盤和鍵盤等任務(wù)都可以作為背景程序運(yùn)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高電平中斷，這樣在接收紅外線信號的場合必須用查詢方式，浪費(fèi)大量CPU時(shí)間。
　　（7）IIS（Integrate Interface of Sound）接口
　　即集成音頻接口。如果設(shè)計(jì)音頻應(yīng)用產(chǎn)品，IIS總線接口是必需的。
　?。?）nWAIT信號
　　這是一個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(jià)的GAL芯片就可以實(shí)現(xiàn)與符合PCMCIA標(biāo)準(zhǔn)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(dāng)需要擴(kuò)展外部DSP協(xié)處理器時(shí)，此信號也是必需的。
　?。?）RTC（Real Time Clock）
　　很多ARM芯片都提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，但方式不同。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一個32位計(jì)數(shù)器，需要通過軟件計(jì)算出年月日時(shí)分秒；而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日時(shí)分秒格式。