嵌入式ARM微處理器選型指南

    要選好一款處理器，要考慮的因素很多，不單單是純粹的硬件接口，還需要考慮相關(guān)的操作系統(tǒng)、配套的開(kāi)發(fā)工具、仿真器，以及工程師微處理器的經(jīng)驗(yàn)和軟件支持情況等。微處理器選型是否得當(dāng)，將決定項(xiàng)目成敗。當(dāng)然，并不是說(shuō)選好微處理器，就意味著成功，因?yàn)轫?xiàng)目的成敗取決于許多因素；但可以肯定的一點(diǎn)是，微處理器選型不當(dāng)，將會(huì)給項(xiàng)目帶來(lái)無(wú)限的煩惱，甚至導(dǎo)致項(xiàng)目的流產(chǎn)。

1 嵌入式微處理器選型的考慮因素
    在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，作為核心芯片的微處理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因?yàn)樗馁Y源越豐富、自帶功能越強(qiáng)大，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期就越短，項(xiàng)目成功率就越高。但是，任何一款微處理器都不可能盡善盡美，滿足每個(gè)用戶的需要，所以這就涉及選型的問(wèn)題。
    (1)應(yīng)用領(lǐng)域
    一個(gè)產(chǎn)品的功能、性能一旦定制下來(lái)，其所在的應(yīng)用領(lǐng)域也隨之確定。應(yīng)用領(lǐng)域的確定將縮小選型的范圍，例如：工業(yè)控制領(lǐng)域產(chǎn)品的工作條件通常比較苛刻，因此對(duì)芯片的工作溫度通常是寬溫的，這樣就得選擇工業(yè)級(jí)的芯片，民用級(jí)的就被排除在外。目前，比較常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域分類(lèi)有航天航空、通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、消費(fèi)電子、汽車(chē)電子等。
    (2)自帶資源
    經(jīng)常會(huì)看到或聽(tīng)到這樣的問(wèn)題：主頻是多少?有無(wú)內(nèi)置的以太網(wǎng)MAC?有多少個(gè)I／O口?自帶哪些接口?支持在線仿真嗎?是否支持OS，能支持哪些OS?是否有外部存儲(chǔ)接口?……以上都涉及芯片資源的問(wèn)題，微處理器自帶什么樣的資源是選型的一個(gè)重要考慮因素。芯片自帶資源越接近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相對(duì)就越簡(jiǎn)單。
    (3)可擴(kuò)展資源
    硬件平臺(tái)要支持OS、RAM和ROM，對(duì)資源的要求就比較高。芯片一般都有內(nèi)置RAM和ROM，但其容量一般都很小，內(nèi)置512 KB就算很大了，但是運(yùn)行OS一般都是兆級(jí)以上。這就要求芯片可擴(kuò)展存儲(chǔ)器。
    (4)功 耗
    單看“功耗”是一個(gè)較為抽象的名詞。這里舉幾個(gè)形象的例子：
    ①夏天使用空調(diào)時(shí)，家里的電費(fèi)會(huì)猛增。這是因?yàn)榭照{(diào)是高功耗的家用電器，這時(shí)人們會(huì)想，“要是空調(diào)能像日光燈那樣省電就好了”。
    ②隨身的MP3、MP4都使用電池。正當(dāng)聽(tīng)音樂(lè)看視頻時(shí)，系統(tǒng)因?yàn)闆](méi)電自動(dòng)關(guān)機(jī)，誰(shuí)都會(huì)抱怨“又沒(méi)電了!”
    ③目前手機(jī)一般使用鋰電池，手機(jī)的待機(jī)和通話時(shí)間成了人們選擇手機(jī)的重要指標(biāo)。待機(jī)及通話時(shí)間越長(zhǎng)，電池的使用壽命就可以提高，手機(jī)的壽命也相對(duì)提高了。
    以上體現(xiàn)了人們對(duì)低功耗的渴求。低功耗的產(chǎn)品即節(jié)能又節(jié)財(cái)，甚至可以減少環(huán)境污染，它有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此低功耗也成了芯片選型時(shí)的一個(gè)重要指標(biāo)。
    (5)封 裝
    常見(jiàn)的微處理器芯片封裝主要有QFP、BGA兩大類(lèi)型。BGA類(lèi)型的封裝焊接比較麻煩，一般的小公司都不會(huì)焊，但BGA封裝的芯片體積會(huì)小很多。如果產(chǎn)品對(duì)芯片體積要求不嚴(yán)格，選型時(shí)最好選擇QFP封裝。
    (6)芯片的可延續(xù)性及技術(shù)的可繼承性
    目前，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度很快，所以在選型時(shí)要考慮芯片的可升級(jí)性。如果是同一廠家同一內(nèi)核系列的芯片，其技術(shù)可繼承性就較好。應(yīng)該考慮知名半導(dǎo)體公司，然后查詢其相關(guān)產(chǎn)品，再作出判斷。
    (7)價(jià)格及供貨保證
    芯片的價(jià)格和供貨也是必須考慮的因素。許多芯片目前處于試用階段(sampling)，其價(jià)格和供貨就會(huì)處于不穩(wěn)定狀態(tài)，所以選型時(shí)盡量選擇有量產(chǎn)的芯片。
    (8)仿真器
    仿真器是硬件和底層軟件調(diào)試時(shí)要用到的工具，開(kāi)發(fā)初期如果沒(méi)有它基本上會(huì)寸步難行。選擇配套適合的仿真器，將會(huì)給開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多便利。對(duì)于已經(jīng)有仿真器的人們，在選型過(guò)程中要考慮它是否支持所選的芯片。
    (9)OS及開(kāi)發(fā)工具
    作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在選型芯片時(shí)必須考慮其對(duì)軟件的支持情況，如支持什么樣的OS等。對(duì)于已有OS的人們，在選型過(guò)程中要考慮所選的芯片是否支持該OS，也可以反過(guò)來(lái)說(shuō)，即這種OS是否支持該芯片。
    (10)技術(shù)支持
    現(xiàn)在的趨勢(shì)是買(mǎi)服務(wù)，也就是買(mǎi)技術(shù)支持。一個(gè)好的公司的技術(shù)支持能力相對(duì)比較有保證，所以選芯片時(shí)最好選擇知名的半導(dǎo)體公司。
    另外，芯片的成熟度取決于用戶的使用規(guī)模及使用情況。選擇市面上使用較廣的芯片，將會(huì)有比較多的共享資源，給開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多便利。[!--empirenews.page--]

2 ARM公司及相關(guān)產(chǎn)品介紹
    ARM公司于1991年成立于英國(guó)劍橋，主要出售ARM IP的授權(quán)。目前，ARM處理器(即采用ARM IP核的處理器)已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)。ARM處理器應(yīng)用占據(jù)了32位RISC微處理器很大的市場(chǎng)，ARM技術(shù)已滲入生活的各個(gè)方面。
    目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構(gòu)可分為ARM7、ARM9、ARM10、ARM11以及Cortex系列，每個(gè)系列又包括很多種IP內(nèi)核的產(chǎn)品。ARM 也是嵌入式處理器中首先推出多核架構(gòu)的廠商。生產(chǎn)ARM芯片的廠家很多，主流半導(dǎo)體廠商的產(chǎn)品比較齊全，供貨也相對(duì)更有保障。Samsung、NXP、 Cirrus Logic、Atmel、Freescale、TI、ST、Winbond等主流半導(dǎo)體廠商的ARM芯片產(chǎn)品列表見(jiàn)本刊網(wǎng)站，其中有些產(chǎn)品已供貨，有些正在樣片階段，有些正在開(kāi)發(fā)，還有許多產(chǎn)品不支持外部存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。

3 嵌入式微處理器選型示例
    (1)需 求
    ①適合于工業(yè)控制的溫度。
    ②支持VxWorks、Linux操作系統(tǒng)。
    ③存儲(chǔ)方面，SDRAM大于16 MB，F(xiàn)lash大于8 MB。
    ④主頻方面，60 MHz以上。
    ⑤接口方面具有帶DMA控制的Ethernet MAC、2個(gè)以上RS232串口、1個(gè)USB 2．O接口、1個(gè)SPI接口，以及大于30個(gè)GPIO引腳(不包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和CPU內(nèi)置接口總線)。
    ⑥提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘或?qū)崟r(shí)定時(shí)器。
    ⑦引腳封裝為QFP。
    ⑧價(jià)格為<200元。
    (2)選型需求分析
    根據(jù)需求①，參照前述選購(gòu)的考慮因素中的“應(yīng)用領(lǐng)域”，把要選的芯片定位于工業(yè)控制領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)較適合用于作工業(yè)控制的微處理器的半導(dǎo)體公司有 NXP、Atmel、ST公司(Samsung公司的產(chǎn)品較適合用于PDA、多媒體產(chǎn)品，Cirrus Logic公司的產(chǎn)品較適合音頻產(chǎn)品。)根據(jù)需求②，參照選購(gòu)的考慮因素中的“OS及開(kāi)發(fā)工具”，VxWorks5．5對(duì)于ARM核支持到V5T架構(gòu)，所以把選型范圍縮小到ARM7和ARM9系列。由于需要支持Linux操作系統(tǒng)，所以最好選擇帶有MMU的內(nèi)核，因?yàn)椴粠MU內(nèi)核(ARM7TMDI)支持的Linux操作系統(tǒng)非常有限，只能支持uCLinux。
    根據(jù)需求③，結(jié)合各種型號(hào)的芯片資源介紹，不難看出要求芯片必須帶有可擴(kuò)展存儲(chǔ)接口，因?yàn)樾酒膬?nèi)置存儲(chǔ)量不可能那么大。所以只能選擇帶可擴(kuò)展存儲(chǔ)接口的芯片。NXP公司的LPC2400系列和LH7A具備此項(xiàng)功能，Atmel公司的AT91SAM7SE系列、AT91RM9200、AT91SAM9系列也滿足此項(xiàng)需求。
    根據(jù)需求④、⑤、⑥、⑦，參照選購(gòu)的考慮因素中的“價(jià)格及供貨保證”，結(jié)合NXP、Atmel公司的芯片資源介紹，把選型范圍框定在LPC2468 (LPC2400系列中的其他產(chǎn)品要么處于樣片階段，要么處于開(kāi)發(fā)階段，而LH7A資源不滿足要求)、AT91RM9200和AT91SAM9260 (AT91SAM7SE系列處理速度太慢，AT91SAM9261和AT91SAM9263封裝不滿足需求)型號(hào)上。根據(jù)需求⑧，上一步所選的3個(gè)型號(hào)都能滿足要求。
    (3)選型結(jié)論
    綜合需求和芯片各方面的資源，選型結(jié)論如下：
    ①?gòu)漠a(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期角度考慮，AT91RM9200最為適合，它在這4個(gè)芯片中開(kāi)發(fā)周期應(yīng)該最短；
    ②從技術(shù)可繼承性角度考慮，且對(duì)開(kāi)發(fā)周期沒(méi)有嚴(yán)格限制的話，AT91SAM9260較為合適；
    ③如果單支持VxWorks，對(duì)Linux支持要求不高，且對(duì)開(kāi)發(fā)周期沒(méi)有嚴(yán)格限制的話，LPC2468較為合適；
    ④綜合各方面考慮，STR912排在其他三者之后。
    選型滿意度從高到低的排列順序是：AT91RM9200、AT91SAM9260、LPC2468、STR912。
    編者注：本文為期刊縮略版，全文見(jiàn)本刊網(wǎng)站www．mesnet．com．cn。