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ARM及ARM在嵌入式系统中的应用-2

ARM及ARM在嵌入式系统中的应用-2

3、ARM产品介绍

ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。由于所有产品均采用一个通用的软件体系,所以相同的软件可在所有产品中运行(理论上如此)。典型的产品如下。

   CPU内核

   ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通信。

  ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品,将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起,以减少内存容量和系统成本。同时,它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计,并用一个DSP增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。

  

  ARM710系列,包括ARM710ARM710TARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器,配有高速缓存(Cache)、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。

ARM7优化用于对价位和功耗敏感的消费应用的低功耗32位核,非常低的功耗;三段流水线和冯·诺依曼结构,提供0.9MIPS/MHz。

ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核,同时配备Thumb扩展、调试和Harvard总线。在生产工艺相同的情况下,性能可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。

ARM940T系列低价、低能耗、高性能系统微处理器,配有、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。StrongARM:性能很高、同时满足常规应用需要的一种微处理器技术,与DEC联合研制,后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。

  ARM920T, ARM922T, ARM940T,ARM966E-S,ARM968E-S,ARM996HS 有着高性能和低功耗领先的硬宏单元,5级流水线结构;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。

  ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机,基于一个缓存式ARM7 32位内核,拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机(NC)。

ARM10 ARM1020E,ARM1022E,ARM1026EJ-S,系列是64位AHB指令和数据接口;6级流水线结构;1.25MIPS/MHz;比同等的ARM9器件性能提高50%。添加了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 ARM10有三个内核分别是:ARM1026EJ-S™, ARM1020E™, ARM1022E™ 。

ARM11 ARM11 MPCore,ARM1136J(F)-S,ARM1176JZ(F)-S 这是高效率高性能的CPU,国内还没有产品出现。




为了更好的理解ARM处理器在嵌入式领域中的具体应用位置,我们有必要研究处理的分类






























处理器



用法



操作系统


芯片



CPU



桌面系统工业控制机



WINDOWS/UNIX



INTEL奔腾系列



ARM



向上扩展 向下扩展



WIN CE/UC/OS



ARM9/ARM7



DSP-MCU



工业控制 实使系统



不跑操作系统



51系列 TMS320系列



4.嵌入式系统特点介绍

CPU:功能强大32位机,主频最高达3G,应用程序完全在操作系统上运行,相应的设备也多,要求海量存储设备,如硬盘。 DSP:运算密集处理器,一般用在快速执行算法,做控制比较困难。为了追求高执行效率,不跑操作系统,核心代码使用汇编。 MCU:微控制器,4位、8位、16位等,处理速度有限,一般在几个MIPS,速度受限跑操作系统很吃力。

ARM:32位处理器,可精简的计算机系统,价格很低,逐渐转入单芯片应用解决方案。上可跑操作系统,下可做实时控制使用。

从以上分析可以看出,ARM处理器是向2个发展方向发展的,一方面他向高档快速单片机发展,典型的芯片如三星公司的44b0x,4510飞利浦公司的2104,主要应用领域是简单的控制方面。这个方面的发展方向其实非常明确,即高集成度高速度两个特点,这样的设计有利于控制产品制造综合成本以及降低项目研发风险,Atmel公司的AT91RF40162就是一款集成度非常高的产品。在软件方面可以采用简单的嵌入式操作系统如Uc-Linux,Vxorks,U-CouII等等,也可以像单片机一样进行直接编程使用。

另外一个方面,ARM处理器向桌面计算机功能发展,他的功能和使用更像是一台桌面PC或者更像是一台工控机,具备所有PC机的基本功能。软件开发方面从表面上看是复杂的多了,但是从实际开发中看是分工更加明确了,这种系统我们总结了3个区别于单片机系统的不同点:概念:他类似与全功能的PC系统,不是简单的单片机系统。硬件:带有虚拟内存管理模块(MMU)寻址范围得到扩展可以接硬盘这样的海量存储设备。硬件设计相对麻烦,高速设备较多如DDR高速内存,USB2.0接口,总线速度可以采用133M,266M>等。 软件:由于有MMU,所以可以完全跑在复杂嵌入式操作系统上如Win Ce,Linux等等。需要BSP底层软件支持,类似于PC机的BIOS,需要操作系统的支持。基于操作系统编写应用程序非常方便。我公司发展方向重点将会放在复杂嵌入式应用解决方案。


5.嵌入式系统构成

嵌入式系统是由软件硬件构成的,结构如下:

硬件平台

HW 板极支持软件库 BSP

操作系统 OS

设备驱动程序 DRIVER

应用程序 PROGRAM

可以看出如果在实际应用中完成整个开发流程是非常痛苦的,如果没有7―12月的研发时间产品肯定出不来。计算机的主板,BIOS,操作系统,以及设备驱动程序,等等工作都是有专业的厂家来制作的,如主板显卡等硬件有华硕微星等厂家,BIOS有AWORD公司,操作系统有微软。有了这些厂家的存在,我们搭建系统仅仅从应用程序入手即可。嵌入式系统也一样,也有很多厂家专门提供硬件,BSP,操作系统,等等,傅立叶提供了一系列的底层产品,您可以直接从应用程序着手。


5.结论

嵌入式系统是基于计算机技术的强调体积、功耗、成本等等综合因素的精简计算机系统。ARM处理器是32位嵌入式处理器的一种,他的特点是可移植性强可以在不同厂家相同内核的芯片中轻松切换、功耗特低、功能强大、低端可以作为高级单片机使用、高端功能可以与PC机媲美!
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