ARM芯片的特点与选型

　1.5 ARM芯片的特点与选型
　　1.5.1 不同系列处理器间的比较
　　表1.3显示了ARM7、ARM9、ARM10及ARM11内核之间属性的比较。有些属性依赖于生产过程和工艺，具体芯片需参阅其芯片手册。
　　表1.3 ARM系列处理器属性比较
　　项 目ARM7ARM9ARM10ARM11
　　流水线深度3级5级6级8级
　　典型频率（MHz）80150260335
　　功耗（mw/ MHz）0.060.19（+Cache）0.5（+Cache）0.4（+Cache）
　　MIPS/ MHz0.971.11.31.2
　　架构冯·诺伊曼哈佛哈佛哈佛
　　乘法器8×328×3216×3216×32
　　表1.4总结了各种处理器的不同功能。
　　表1.4 ARM处理器不同功能特性
　　CPU核MMU/MPUCacheJazelleThumb指令集E
　　ARM7TDMI无无否是v4T否
　　ARM7EJ-S无无是是v5TEJ是
　　ARM720TMMU统一8KBCache否是v4T否
　　ARM920TMMU独立16KB指令和数据Cache否是v4T否
　　ARM922TMMU独立8KB指令和数据Cache否是v4T否
　　ARM926EJ-SMMUCache和TCM可配置是是v5TEJ是
　　ARM940TMPU独立4KB指令和数据Cache否是v4T否
　　ARM946E-SMPUCache和TCM可配置否是v5TE是
　　ARM966E-S无Cache和TCM可配置否是v5TE是
　　ARM1020EMMU独立32KB指令和数据Cache否是v5TE是
　　ARM1022EMMU独立16KB指令和数据Cache否是v5TE是
　　ARM1026EJ-SMMUCache和TCM可配置是是v5TE是
　　ARM1036J-SMMUCache和TCM可配置是是v6是
　　ARM1136JF-SMMUCache和TCM可配置是是v6是
　　1.5.2 ARM芯片的选型
　　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多芯片生产厂家以及千变万化的内部功能配置组合，开发人员在选择方案时会有一定的困难。所以对ARM芯片做对比研究是十分必要的。
　　1．ARM芯片选择的一般原则
　　从应用角度看，在选择ARM芯片时应从以下几个方面考虑。
　　（1）ARM芯核
　　如果希望使用Windows CE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。
　　（2）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0.97MIPS/MHz，常见的ARM7芯片系统主时钟为20～133MHz，ARM9的处理速度为1.1MIPS/MHz，常见的ARM9的系统主时钟为100～233MHz，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和音频时钟准确性，如Cirrus Logic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同频率的时钟，如PHILIPS公司SAA7750等芯片。
　　（3）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。表1.5列出了内置存储器的ARM芯片。
　　表1.5 内置存储器的ARM芯片
　　芯 片 型 号供 应 商Flash容量ROM容量SDAM容量
　　AT91F40162ATMEL2MB256KB4KB
　　AT91FR4081ATMEL1MB128KB
　　SAA7750Philips384KB64KB
　　PUC3030AMicornas256KB56KB
　　HMS30C7272Hynix192KB
　　LC67F500Snayo640KB32KB
　　（4）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。表1.6显示了内置USB控制器的ARM芯片。
　　表1.6 内置USB控制器的ARM芯片
　　芯 片 型 号ARM内核供 应 商USB SlaveUSB HostIIS接口
　　S3C2410ARM920TSamsung121
　　S3C2400ARM920TSamsung121
　　S5N8946ARM7TDMISamsung100
　　L7205ARM720TLinkup110
　　L7210ARM720TLinkup110
　　EP9312ARM920TCirrus logic031
　　Dragonball MX1ARM920TMotorola101
　　SAA7750ARM720TPlilips101
　　TMS320DSC2xARM7TDMITI100
　　PUC3030AARM7TDMIMicronas105
　　ML67100ARM7TDMIOKI100
　　ML7051LAARM7TDMIOKI100
　　SA-1100StrongARMIntel100
　　续表
　　芯 片 型 号ARM内核供 应 商USB SlaveUSB HostIIS接口
　　LH7979531ARM7TDMISharp100
　　GMS320C7201ARM720THynix101
　　（5）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。
　　（6）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定义的中断控制器，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地减少任务调度工作量。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、高电平和低电平4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高电平中断，这样在接收红外线信号的场合必须用查询方式，浪费大量CPU时间。
　　（7）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。
　　（8）nWAIT信号
　　这是一个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。
　　（9）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。