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正确选择ARM芯片的参考因素

 

目前可以提供ARM芯片的著名欧美半导体公司有:英特尔、德洲仪器、三星半导体、摩托罗拉、飞利浦半导体、 意法半导体、亿恒半导体、科胜讯、ADI公司、安捷伦、高通公司、Atmel、Intersil、Alcatel、Altera、Cirrus Logic、Linkup、Parthus、LSI logic、Micronas, Silicon Wave、Virata、Portalplayer inc.、NetSilicon,Parthus。
日本的许多著名半导体公司如东芝、三菱半导体、爱普生、富士通半导体、松下半导体等公司较早期都大力投入开发了自主的32位CPU结构,但现在都转向购买ARM公司的芯核进行新产品设计。由于它们购买ARM版权较晚,现在还没有可以销售的ARM芯片,而OKI、NEC、AKM、OAK、Sharp、Sanyo、Sony、Rohm等日本半导体公司目前都已经批量生产了ARM芯片。韩国的现代半导体公司也生产提供ARM芯片。另外,国外也有很多设备制造商采用ARM公司的芯核设计自己的专用芯片,如美国的IBM、3COM和新加坡的创新科技等。我国台湾地区可以提供ARM芯片的公司有台积电、台联电、华帮电子等。其它已购买ARM芯核,正在设计自主版权专用芯片的大陆公司有华为通讯和中兴通等。
本文我们主要从应用角度入手,详细说明在选择ARM芯片时的一些注意事项。
  1、ARM芯片选择的一般原则
  ARM芯核
  如果希望使用WinCE或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、StrongARM、ARM920T、ARM922T、ARM946T都带有MMU功能。而ARM7TDMI没有MMU,不支持Windows CE和大部分的Linux, 但目前有uCLinux等少数几种Linux不需要MMU的支持。
  系统时钟控制器
  系统时钟决定了ARM芯片的处理速度。ARM7的处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时
  钟为20MHz-133MHz,ARM9的处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟为100MHz-233MHz, ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只有一个主时钟频率,这样的芯片可能不能同时顾及UART和音频时钟的准确性,如Cirrus Logi的EP7312等;有的芯片内部时钟控制器可以分别为CPU核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟,如PHILIPS公司的SAA7550等芯片。
  内部存储器容量
  在不需要大容量存储器时,可以考虑选用有内置存储器的ARM芯片。见表1。
  表1 内置存储器的ARM芯片
  芯片型号    供应商   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
  USB接口
  许多ARM芯片内置有USB控制器,有些芯片甚至同时有USB Host和USB Slave控制器。见表2。
  表2 内置USB控制器的ARM芯片
  芯片型号       ARM内核 供应商 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
   GPIO数量
  在某些芯片供应商提供的说明书中,往往申明的是最大可能的GPIO数量,但是有许多引脚是和地址线、数据线、串口线等引脚复用的。这样在系统设计时需要计算实际可以使用的GPIO数量。
  中断控制器
  ARM内核只提供快速中断(FIQ)和标准中断(IRQ)两个中断向量。但各个半导体厂家在设计芯片时加入了自己不同的中断控制器,以便支持诸如串行口、外部中断、时钟中断等硬件中断。外部中断控制是选择芯片必须考虑的重要因素,合理的外部中断设计可以很大程度的减少任务调度的工作量。例如PHILIPS公司的SAA7750,所有GPIO都可以设置成FIQ或IRQ,并且可以选择上升沿、下降沿、高电平、低电平四种中断方式。这使得红外线遥控接收、指轮盘和键盘等任务都可以作为背景程序运行。而Cirrus Logic公司的EP7312芯片,只有4个外部中断源,并且每个中断源都只能是低电平或者高电平中断,这样在用于接收红外线信号的场合时,就必须用查询方式,会浪费大量的CPU时间。
  IIS(Integrate Interface of Sound)接口
  即集成音频接口。如果设计音频应用产品,IIS 总线接口是必需的。
  nWAIT信号
  外部总线速度控制信号。不是每个ARM芯片都提供这个信号引脚,利用这个信号与廉价的GAL芯片就可以实现与符合PCMCIA标准的WLAN卡和Bluetooth卡的接口,而不需要外加高成本的PCMCIA专用控制芯片。另外,当需要扩展外部DSP 协处理器时,此信号也是必需的。
  RTC (Real Time Clock)
  很多ARM芯片都提供实时时钟功能,但方式不同。如Cirrus Logic公司的EP7312的RTC只是一个32位计数器,需要通过软件计算出年月日时分秒;而SAA7750和S3C2410等芯片的RTC直接提供年月日时分秒格式。
  LCD控制器
  有些ARM芯片内置LCD控制器,有的甚至内置64K彩色TFT LCD控制器。在设计PDA和手持式显示记录设备时,选用内置LCD控制器的ARM芯片如S1C2410较为适宜。
  PWM输出
  有些ARM芯片有2~8路PWM输出,可以用于电机控制或语音输出等场合。
  ADC和DAC
  有些ARM芯片内置2~8通道8~12位通用ADC,可以用于电池检测、触摸屏和温度监测等。PHILIPS的SAA7750更是内置了一个16位立体声音频ADC和DAC,并且带耳机驱动。
  扩展总线
  大部分ARM芯片具有外部SDRAM和SRAM扩展接口,不同的ARM芯片可以扩展的芯片数量即片选线数量不同,外部数据总线有8位、16位或32位。某些特殊应用的ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展功能。
  UART和IrDA
  几乎所有的ARM芯片都具有1~2个UART接口,可以用于和PC机通讯或用Angel 进行调试。一般的ARM芯片通讯波特率为115,200bps,少数专为蓝牙技术应用设计的ARM芯片的UART通讯波特率可以达到920Kbps,如Linkup 公司的L7205。
  DSP协处理器,。
  内置FPGA
  有些ARM芯片内置有FPGA,适合于通讯等领域。
  时钟计数器和看门狗
  一般ARM芯片都具有2~4个16位或32位时钟计数器和一个看门狗计数器。
  电源管理功能
  ARM芯片的耗电量与工作频率成正比,一般ARM芯片都有低功耗模式、睡眠模式和关闭模式。
  DMA控制器
  有些ARM芯片内部集成有DMA(Direct Memory Access)可以和硬盘等外部设备高速交换数据,同时减少数据交换时对CPU资源的占用。另外,还可以选择的内部功能部件有:HDLC, SDLC,CD-ROM Decoder,Ethernet MAC,VGA controller, DC-DC。可以选择的内置接口有:IIC,SPDIF,CAN,SPI,PCI,PCMCIA。
  最后需说明的是封装问题。ARM芯片现在主要的封装有QFP、TQFP、PQFP、LQFP、BGA、LBGA等形式,BGA封装具有芯片面积小的特点,可以减少PCB板的面积,但是需要专用的焊接设备,无法手工焊接。另外一般BGA封装的ARM芯片无法用双面板完成PCB布线,需要多层PCB板布线。
  2、多芯核结构ARM芯片的选择
  为了增强多任务处理能力、数学运算能力、多媒体以及网络处理能力,某些供应商提供的ARM芯片内置多个芯核,目前常见的有ARM+DSP,ARM+FPGA,ARM+ARM等结构。
  多ARM芯核
为了增强多任务处理能力和多媒体处理能力,某些ARM芯片内置多个ARM芯核。例如Portal player 公司的PP5002 内部集成了两个ARM7TDMI 芯核,可以应用于便携式MP3播放器的编码器或解码器。
  ARM芯核+DSP芯核
  为了增强数学运算功能和多媒体处理功能,许多供应商在其ARM芯片内增加了DSP协处理器。通常加入的DSP芯核有ARM公司的Piccolo DSP芯核、OAK公司16位定点DSP芯核、TI的TMS320C5000系列DSP芯核、Motorola的56K DSP芯核等。见表3。
  ARM芯核+FPGA
为了提高系统硬件的在线升级能力,某些公司在ARM芯片内部集成了FPGA。
 
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