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)目帶來無限的煩惱,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,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,比較常見的應(yīng)用領(lǐng)域分類有航天航空、通信、計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制、醫(yī)療系統(tǒng)、消費(fèi)電子、汽車電子等。
(2)自帶資源
經(jīng)常會(huì)看到或聽到這樣的問題:主頻是多少?有無內(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)品開發(fā)相對就越簡單。
(3)可擴(kuò)展資源
硬件平臺(tái)要支持OS、RAM和ROM,對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)聽音樂看視頻時(shí),系統(tǒng)因?yàn)闆]電自動(dòng)關(guān)機(jī),誰都會(huì)抱怨“又沒電了!”
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,電池的使用壽命就可以提高,手機(jī)的壽命也相對提高了。
以上體現(xiàn)了人們對低功耗的渴求。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
常見的微處理器芯片封裝主要有QFP、BGA兩大類型。BGA類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,開發(fā)初期如果沒有它基本上會(huì)寸步難行。選擇配套適合的仿真器,將會(huì)給開發(fā)帶來許多便利。對于已經(jīng)有仿真器的人們,在選型過程中要考慮它是否支持所選的芯片。
(9)OS及開發(fā)工具
作為產(chǎn)品開發(fā),在選型芯片時(shí)必須考慮其對軟件的支持情況,如支持什么樣的OS等。對于已有OS的人們,在選型過程中要考慮所選的芯片是否支持該OS,也可以反過來說,即這種OS是否支持該芯片。
(10)技術(shù)支持
現(xiàn)在的趨勢是買服務(wù),也就是買技術(shù)支持。一個(gè)好的公司的技術(shù)支持能力相對比較有保證,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,給開發(fā)帶來許多便利。[!--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)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場。ARM處理器應(yīng)用占據(jù)了32位RISC微處理器很大的市場,ARM技術(shù)已滲入生活的各個(gè)方面。
目前市面上常見的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②,參照選購的考慮因素中的“OS及開發(fā)工具”,VxWorks5.5對于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從產(chǎn)品開發(fā)周期角度考慮,AT91RM9200最為適合,它在這4個(gè)芯片中開發(fā)周期應(yīng)該最短;
②從技術(shù)可繼承性角度考慮,且對開發(fā)周期沒有嚴(yán)格限制的話,AT91SAM9260較為合適;
③如果單支持VxWorks,對Linux支持要求不高,且對開發(fā)周期沒有嚴(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。
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