ARM芯片的应用和选型-1

只看该作者 · 2012-6-11 22:23

1 ARM芯片选择的一般原则
从应用的角度，对在选择ARM芯片时所应考虑的主要困素做一详细的说明。
1.1 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、Stron-gARM、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。
1.2 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0.9MIPS/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。
1.3 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。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 AT91FR4081 SAA7750 PUC3030A HMS30C7202 ML67Q4001 LC67F500	ATMEL ATMEL Philips Micronas Hynix OKI Snayo	2M Bytes 1M Bytes 384K Bytes 256K Bytes 192K Bytes 256K Bytes 640K Bytes	256K bytes	4K Bytes 128K Bytes 64K bytes 56K bytes 32K bytes

1.4 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。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 S3C2400 S5N8946 L7205 L7210 EP9312 Dragonball MX1 SAA7750 TMS320DSC2x PUC3030A AAEC-2000 ML67100 ML7051LA SA-1100 LH7979531 GMS320C7201	ARM920T ARM920T ARM7TDMI ARM720T ARM720T ARM920T ARM920T ARM720T ARM7TDMI ARM7TDMI ARM920T ARM7TDMI ARM7TDMI StrongARM ARM7TDMI ARM720T	Samsung Samsung Samsung Linkup linkup Cirrus Logic Motorola Philips TI Micronas Agilent OKI OKI Intel Sharp Hynix	1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1	2 2 0 1 1 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0	1 1 0 0 0 1 1 1 0 5 0 0 0 0 0 1

1.5 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。
1.6 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同的中断控制器，以便支持诸如串行口、外部中断、时钟断等硬件中断。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才高电平中断，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CPU时间。
1.7 IIS（Integrate Interface of Sound）接口
即集成音频接口。如果设计者频应用产品，IIS总线接口是必需的。
1.8 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。
1.9 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。
1.10 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。
1.11 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。
1.12 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。
1.13 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ARM芯片如德国Micronas的PUC3030A没有外部扩展功能。
1.14 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L7205。
1.15 DSP协处理器，见表3。

表3 ARM+DSP结构的ARM芯片

芯片型号	供应商	DSP core	DSP MIPS	应用
TMS320DSC2X Dragonball MX1 SAA7750 VWS22100 STLC1502 GMS30C3201 AT75C220 AT75C310 AT75C320 L7205 L7210 Quatro	TI Motorola Philips Philips ST Hynix ATMEL ATMEL ATMEL Linkup Linkup OAK	16bits C5000 24bits 56000 24bits EPIC 16bits OAK D950 16bits Piccolo 16bits OAK 16bits OAK 16bits OAK 16bits Piccolo 16bits Piccolo 16bits OAK	500 73 52 40 40x2 60X2	Digital Camera CD-MP3 CD-MP3 GSM VOIP STB IA IA IA Wireless Wireless Digital Image

1.16 内置FPGA
有些ARM芯片内置有FPGA，适合于通讯等领域。见表4。

表4 ARM+FPGA结构的ARM芯片

芯片型号	供应商	ARM芯核	FPGA门数	引脚数
EPXA1 EPXA4 EPXA10 TA7S20系列	Altera Altera Altera Triscend	ARM922T ARM922T ARM922T ARM7TDMI	100K 400K 1000K 多种	484 672 1020 多种

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。