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- UID
- 1029342
- 性别
- 男
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ARM架构在工业系统中的应用
一、ＡＲＭ架构简介
ARM是一家公司的名称，也是一类通用处理器的通称。
作为一家商业公司，该公司主要以设计研发IP（Intelligence Property，知识产权）著称，并向各大半导体制造商出售研发的成果获取利润。合作方在购买IP内核授权之后，便可在此内核基础上进行细节特色设计，然后以硬件成品的形式将其推向市场。目前ARM公司已经成为了全球半导体知识产权第一大公司，占整个市场的1/4。合作伙伴已经达到370多家，其中包括Intel、Atmel、Sumsang、Cirrus Logic等。2007年半导体行业前10名厂商有8家向其购买了IP核授权。
作为一类通用处理器，ARM架构处理器具有体积小、功耗低、成本低、高性能比等特点，已经占领32位RISC芯片市场的75%以上，在消费电子、工业控制、网络通信等领域均有不俗的表现。目前该架构已经定义了14个家族版本，在其版本上又衍生出来近25个架构版本。ARMv4、ARMv5已经大量投入市场使用，ARMv6、ARMv7也已经开始在便携式设备上崭露头角。
二、工业系统要求
工业控制系统是由传感器、执行机构、显示和记录等几部分组成的，用于监控工业设备的系统。该系统特别强调可靠性和实时性。这是由系统所处环境和控制结果决定的。工业应用是一个传统的控制领域，有别于商业的场合。其环境从炼钢到机床，从地底到高原都有涉及，对所处的温湿度环境，电气性能要求都极其苛刻。另外其所控制的对象也五花八门，要求不一。控制的结果轻则影响小批产品质量，重则关乎重大财产损失，甚至人身安全。
集散式控制（DCS）占据了当今大部分流水线式、大型系统网络的市场。集散式网络的理念为发挥信息在工业自动化中的指导作用铺平了道路。从成本及体积等方面考虑，许多高性能节点开始从传统的工控机转向高性能ARM嵌入式系统。
另外由于集散式控制对于成本、空间及人力投入的要求，许多中小型控制设备并不都适用。因此,传统的集中式控制系统（DDC）的市场需求依然大量存在。这对于随市场需求而高速发展、基于ARM架构芯片的系统无疑是个消息。
从ARM7系列起，许多研究开发人员就致力于将其应用于工业场合。但由于技术性能所限，虽然也有大规模应用成功的案例，也只是局限于控制网络末端中的低性能节点应用。集中控制系统及高性能控制网络节点核心，大部分仍然是以X86架构芯片为主控器的工控机为主体。随着ARM架构的发展，该类芯片性能大增，而成本却相对下降。另外由于国际节能减排形势要求，及我国相关政策出台，以高效能比为主要求的ARM应用，真正进入了高潮。
三、应用简介
集研发、生产、销售为一体的高新技术公司——杭州平望科技有限公司研制的基于ARM920T核的PVT-9315系列和基于ARM926核的PVT-9261系列，尝试设计了一款基于ARM920T内核的工控平台，鉴于工业环境的诸多要求，增加了宽压输入、防EMC、过流保护等特性，下面介绍一下ARM系列应用时可能涉及的几个问题。
供电：
工业现场电源输入较好的情况，出现在9~24V直流供电，电源可能经常出现较大波动。如果直接采用常规通用LDO供电，将对控制系统稳定性造成很大影响，另外较高电压输入对功耗和板卡温度也是个很大的考验。因此，采用分级供电的方式将更适合可靠。使用一颗DC/DC芯片，前级稳压降压后，直接给安全级别不高的器件供电。对电源要求高的后级，再加多处LDO降压。选料的时候，全部按照低压1.8~5V之间的器件标准。这样不仅满足了供电的要求，而且兼顾了成本、功耗、稳定多方面影响。同时，舍去了X86板卡常见的AT电源，或者只用一个常用稳压器代替，使空间利用率和系统稳定性都得到了很大的提升。
干扰：
根据当今多层板卡印刷电路应用经验，对于BGA封装为主控芯片的板卡，4层板卡的控制线基本是外走法，这对于工业环境复杂的电磁场干扰来说是非常不利的。因此，对于3.3V以下为主的控制，PCB起码在6层或6层以上才能保证品质。另外在重要环节加防雷及ESD保护也是必要的。
接口：
为了实现工业用的各种接口，以及兼容取代部分IPC场合，工控板卡不仅要保证传统的RS232、485等接口，还要尽可能加入新的标准应用支持,比如CAN、WiFi等。传统工控机上除非重新设计，不然其特殊功能的增减即意味着成本的大幅增加。而对于如此众多的ARM芯片，多年来的嵌入式应用，给ARM平台提供了诸多外设要求。到目前为止，大部分ARM芯片生产厂商在单芯片上都集成了各类丰富的接口，不仅成本极低，而且具有稳定、易于使用等特点。譬如凌云逻辑公司的EP9315, 我们最大限度地应用了片上集成功能，再根据普遍应用要求做了适当扩展，得到如下接口包括：
调试口：JTAG, CPLD JTAG
显示：VGA , LCD
串行总线：10/100M ETHERNET, USB×3, CAN, RS232×5, RS485×2
音频：AUDIO IN/OUT
存储：IDE, CF,
扩展总线：PC104
扩展I/O：GPIO×16
扩展AD：12BIT ADC×8 |
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