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原创 arm介绍

2008-1-3 11:11 1881 0 分类: MCU/ 嵌入式
arm


ARM 即Advanced RISC Machines的缩写,既可以认为是一个公司的名字,也可以认为是对一类微处理器的通称,还可以认为是一种技术的名字。

1985年4月26日,第一个ARM原型在英国剑桥的Acorn计算机有限公司诞生,由美国加州SanJoseVLSI技术公司制造。

20世纪80年代后期,ARM很快开发成Acorn的台式机产品,形成英国的计算机教育基础。

1990年成立了Advanced RISC Machines Limited(后来简称为ARM Limited,ARM公司)。20世纪90年代,ARM 32位嵌入式RISC(Reduced lnstruction Set Computer)处理器扩展到世界范围,占据了低功耗、低成本和高性能的嵌入式系统应用领域的领先地位。ARM公司既不生产芯片也不销售芯片,它只出售芯片技术授权。

1991 年 ARM 公司成立于英国剑桥,主要出售芯片设计技术的授权。目前,采用 ARM技术知识产权( IP )核的微处理器,即我们通常所说的 ARM 微处理器,已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场,基于 ARM 技术的微处理器应用约占据了 32 位 RISC 微处理器 75 %以上的市场份额, ARM 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。

ARM 公司是专门从事基于 RISC 技术芯片设计开发的公司,作为知识产权供应商,本身不直接从事芯片生产,靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯片,世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的 ARM 微处理器核,根据各自不同的应用领域,加入适当的外围电路,从而形成自己的 ARM 微处理器芯片进入市场。目前,全世界有几十家大的半导体公司都使用 ARM 公司的授权,因此既使得 ARM 技术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持,又使整个系统成本降低,使产品更容易进入市场被消费者所接受,更具有竞争力。

ARM处理器的三大特点是:耗电少功能强、16位/32位双指令集和众多合作伙伴。

ARM商品模式的强大之处在于它在世界范围有超过100个的合作伙伴(Partners)。ARM 是设计公司,本身不生产芯片。采用转让许可证制度,由合作伙伴生产芯片。

当前ARM体系结构的扩充包括:

·Thumb 16位指令集,为了改善代码密度;

·DSP DSP应用的算术运算指令集;

·Jazeller 允许直接执行Java字节码。

ARM处理器系列提供的解决方案有:

·无线、消费类电子和图像应用的开放平台;

·存储、自动化、工业和网络应用的嵌入式实时系统;

·智能卡和SIM卡的安全应用。

ARM处理器本身是32位设计,但也配备16位指令集。一般来讲存储器比等价32位代码节省达35%,然而保留了32位系统的所有优势。ARM的Jazelle技术使Java加速得到比基于软件的Java虚拟机(JVM)高得多的性能,和同等的非Java加速核相比功耗降低80%。CPU功能上增加DSP指令集提供增强的16位和32位算术运算能力,提高了性能和灵活性。ARM还提供两个前沿特性来辅助带深嵌入处理器的高集成SoC器件的调试,它们是嵌入式ICE-RT逻辑和嵌入式跟踪宏核(ETMS)系列。

当前有5个产品系列——ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10和SecurCore。

1、ARM7系列

优化用于对价位和功耗敏感的消费应用的低功耗32位核,有:

·嵌入式ICE-RT逻辑;

·非常低的功耗;

·三段流水线和冯·诺依曼结构,提供0.9MIPS/MHz。

2、SecurCore SC100特为安全市场设计,带特定的抗拒窜改和反工程的特性。还带灵活的保护单元确保操作系统和应用数据的安全。

3、ARM9系列

高性能和低功耗领先的硬宏单元,带有:

·5段流水线;

·哈佛结构提供1.1MIPS/MHz。

ARM920T和ARM922T内置全性能的MMU、指令和数据cache和高速AMBA总线接口。AMBA片上总线是一个开放标准,已成为SoC构建和IP库开发的事实标准。AMBA先进的高性能总线(AHB)接口现由所有新的ARM核支持,提供开发全综合设计系统。

ARM940T内置指令和数据cache、保护单元和高速AMBA总线接口。

4、ARM9E系列

可综合处理器,带有DSP扩充和紧耦合存储器(TCM)接口,使存储器以完全的处理器速度运转,可直接连接到内核上。

ARM966E-S用于硅片尺寸重要,而对cache没要求的实时嵌入式应用,可配置TCM大小:0、4K、8K、16K,最大达64M。

ARM946E-S内置集成保护单元,提供实时嵌入式操作系统的cache核方案。

ARM926ET-S带Jazelle扩充、分开的指令和数据高速AHB接口及全性能MMU。

VFP9 向量浮点可综合协处理器进一步提高ARM9E处理器性能,提供浮点操作的硬件支持。

5、ARM10系列

硬宏单元,带有:

·64位AHB指令和数据接口;

·6段流水线;

·1.25MIPS/MHz;

·比同等的ARM9器件性能提高50%。

两种新的先进的节能方式得到了异常低的耗电。VFP10协处理器完善地依从ARM10器件提供高性能的浮点解决方案。

ARM微处理器的应用选型
  鉴于ARM微处理器的众多优点,随着国内外嵌入式应用领域的逐步发展,ARM微处理器必然会获得广泛的重视和应用。但是,由于ARM微处理器有多达十几种的内核结构,几十个芯片生产厂家,以及千变万化的内部功能配置组合,给开发人员在选择方案时带来一定的困难,所以,对ARM芯片做一些对比研究是十分必要的。
  以下从应用的角度出发,对在选择ARM微处理器时所应考虑的主要问题做一些简要的探讨。
  ARM微处理器内核的选择
  从前面所介绍的内容可知,ARM微处理器包含一系列的内核结构,以适应不同的应用领域,用户如果希望使用WinCE或标准Linux等操作系统以减少软件开发时间,就需要选择ARM720T以上带有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片,ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都带有MMU功能。而ARM7TDMI则没有MMU,不支持Windows CE和标准Linux,但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系统可运行于ARM7TDMI硬件平台之上。事实上,uCLinux已经成功移植到多种不带MMU的微处理器平台上,并在稳定性和其他方面都有上佳表现。
  本书所讨论的S3C4510B即为一款不带MMU的ARM微处理器,可在其上运行uCLinux操作系统。
  系统的工作频率
  系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟为20MHz-133MHz,ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz-233MHz,ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只需要一个主时钟频率,有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。
  芯片内存储器的容量
  大多数的ARM微处理器片内存储器的容量都不太大,需要用户在设计系统时外扩存储器,但也有部分芯片具有相对较大的片内存储空间,如ATMEL的AT91F40162就具有高达2MB的片内程序存储空间,用户在设计时可考虑选用这种类型,以简化系统的设计。
  片内外围电路的选择
  除ARM微处理器核以外,几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域,扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,我们称之为片内外围电路,如USB接口、IIS接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等,设计者应分析系统的需求,尽可能采用片内外围电路完成所需的功能,这样既可简化系统的设计,同时提高系统的可靠性
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