原创 32位RISCCPUARM芯片的应用和选型

摘要：ARM公司以及ARM芯片的现状和发展，从应用的角度介绍了ARM芯片的选择方法，并介绍了具有多芯核结构的ARM芯片。列举了目前的主要ARM芯片供应商，其产品以及应用领域。举例说明了几种嵌入式产品的最佳ARM芯片选择方案。
关键词：ARM　MMU　SOC　RISC　CPU

ARM 公司自1990年正式成立以来， 在32位RISC (Reduced Instruction Set Computer
CPU开发领域不断取得突破，其结构已经从V3发展到V6。由于ARM公司自成立以来，一直以IP(Intelligence
Property)提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权，而自己从不介入芯片的生产销售，加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点，因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持，在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功，目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。现在设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家，国内中兴通讯和华为通讯等公司也已经购买ARM公司的芯核用于通讯专用芯片的设计。
目前非常流行的ARM芯核有ARM7TDMI，StrongARM
ARM720T，ARM9TDMI，ARM922T，ARM940T，RM946T，
ARM966T，ARM10TDM1等。自V5以后，ARM公司提供Piccolo
DSP的芯核给芯片设计者，用于设计ARM+DSP 的SOC (System On Chip) 结构的芯片。此外，ARM芯片还获得了许多实时操作系统(Real
Time Operating System)供应商的支持，比较知名的有：Windows CE、Linux、pSOS、VxWorks
Mucleus、EPOC、uCOS、BeOS等。
随着国内嵌入式应用领域的发展，ARM芯片必然会获得广泛的重视和应用。但是，由于ARM芯片有多达十几种的芯核结构，70多家芯片生产厂家，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芯片做一对比研究是十分必要的。

1.17 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。
1.18
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。
1.19
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。

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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。

2.1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。从科胜讯公司(Conexant)分离出去的专门致力于高速通讯芯片设计生产的MinSpeed公司就在其多款高速通讯芯片中集成了2~4个ARM7TDMI内核。

2.2
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。

2.3
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。见表4。

3
主要ARM芯片供应商
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。见表5。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讯等。