面对一个新项目,我们该如何选择ARM处理器?
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ARM 处理器是一款成本不高且耗能低的微处理器,同时支持 ARM 和 Thumb两种指令集,前者为 32bit,后者是 16bit;拥有多种寄存器,能够高效、准确的处理其中大部分数据信息;ARM 微处理器的多种寻址方式让系统程序在运行时变得更加灵活高效。自 ARM 微处理器被提出和推广以来,出现了多种不同版本、不同内核以及应用在不同场景下的系列,分别有这几种:ARM7、ARM9、ARM9E、ARM10E、ARM11、SecurCore、Cortex 系列[34]等,版本不同,其内核和架构也存在差异。
对于一个产品的功能、性能一旦定制下来,其所在的应用领域也随之确定。应用领域的确定将缩小选型的范围,例如:工业控制领域产品的工作条件通常比较苛刻,因此对芯片的工作温度通常是宽温的,这样就得选择工业级的芯片,民用级的就被排除在外。目前,比较常见的应用领域分类有航天航空、通信、计算机、工业控制、医疗系统、消费电子、汽车电子等。
ARM处理器自带资源,经常会看到或听到这样的问题:主频是多少?有无内置的以太网MAC?有多少个I/O口?自带哪些接口?支持在线仿真吗?是否支持OS,能支持哪些OS?是否有外部存储接口?……以上都涉及芯片资源的问题,微处理器自带什么样的资源是选型的一个重要考虑因素。系统的工作频率在很大程度上决定了ARM微处理器的处理能力。ARM7系列微处理器的典型处理速度为0.9MIPS/MHz,常见的ARM7芯片系统主时钟为 20MHz-133MHz,ARM9系列微处理器的典型处理速度为1.1MIPS/MHz,常见的ARM9的系统主时钟频率为100MHz- 233MHz,ARM10最高可以达到700MHz。不同芯片对时钟的处理不同,有的芯片只需要一个主时钟频率,有的芯片内部时钟控制器可以分别为ARM核和USB、UART、DSP、音频等功能部件提供不同频率的时钟。
除ARM微处理器核以外,几乎所有的ARM芯片均根据各自不同的应用领域,扩展了相关功能模块,并集成在芯片之中,我们称之为片内外围电路,如USB接口、IIS 接口、LCD控制器、键盘接口、RTC、ADC和DAC、DSP协处理器等,设计者应分析系统的需求,尽可能采用片内外围电路完成所需的功能,这样既可简化系统的设计,同时提高系统的可靠性。芯片自带资源越接近产品的需求,产品开发相对就越简单。MCU可扩展资源,硬件平台要支持OS、RAM和ROM,对资源的要求就比较高。芯片一般都有内置RAM和ROM,但其容量一般都很小,内置512 KB就算很大了,但是运行OS一般都是兆级以上。这就要求芯片可扩展存储器。
对于低功耗设备,就要选择功耗低的ARM处理器,对于高性能产品,我们就需要选择主频高的ARM处理器。对于某些场合,受空间的限制,必须考虑体积大小问题,对于处理芯片来说与封装密切相关。常见的贴片封装包括QFP、LQFP、BGA等形式。其中BGA封装具有芯片面积小的特点,可以减少PCB板的面积。
选择ARM处理器时还要考虑仿真器,仿真器是硬件和底层软件调试时要用到的工具,开发初期如果没有它基本上会寸步难行。选择配套适合的仿真器,将会给开发带来许多便利。对于已经有仿真器的人们,在选型过程中要考虑它是否支持所选的芯片。还要考虑技术支持力度如何,现在的趋势是买服务,也就是买技术支持。一个好的公司的技术支持能力相对比较有保证,所以选芯片时最好选择知名的半导体公司。另外,芯片的成熟度取决于用户的使用规模及使用情况。选择市面上使用较广的芯片,将会有比较多的共享资源,给开发带来许多便利。