ARM嵌入式在通信領(lǐng)域的應(yīng)用分析.

1、ARM嵌入式在通信領(lǐng)域的應(yīng)用分析ARM嵌入式在通信領(lǐng)域的應(yīng)用分析、F前言 由于網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)在經(jīng)歷了近 20 年的發(fā)展歷程后，又進入了一個新的歷史發(fā)展階段，即從普遍的低端應(yīng)用進入到一個高、低端并行 發(fā)展，并且不斷提升低端應(yīng)用技術(shù)水平的時代，其標(biāo)志是近年來 32位MCU勺發(fā)展。32位MCU勺應(yīng)用不會走8位機百花齊放、百余種型號系列齊上陣的道 路。這是因為在 8 位機的低端應(yīng)用中，嵌入對象與對象專業(yè)領(lǐng)域十分廣泛而復(fù) 雜；而當(dāng)前32位MCU勺高端應(yīng)用則多集中在網(wǎng)絡(luò)、通信、多媒體技術(shù)領(lǐng)域。32位MCU各會集中在少數(shù)廠家發(fā)展的少數(shù)型號系列上。在嵌入式系統(tǒng)高端應(yīng)用的發(fā)展中，曾經(jīng)有眾多的廠

2、家參與，很早就有 許多 8 位嵌入式MCUr家實施了 8位、16位和32位機的發(fā)展計劃。后來，8位和32 位機的技術(shù)擴展，侵占了 16位機的發(fā)展空間。傳統(tǒng)電子系統(tǒng)智能化對 8位機的 需求，使這些廠家把主要精力放在 8 位機的發(fā)展上，形成了 32位機的發(fā)展遲遲 不前的局面。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)、通信和多媒體信息家電業(yè)興起后，出現(xiàn)了嵌入式系統(tǒng)高 端應(yīng)用的市場；而在嵌入式系統(tǒng)的高端應(yīng)用中，進行多年技術(shù)準備的 AR憾 司，適時地推出了 32位ARMS列嵌入式微處理器，以其明顯的性能優(yōu)勢和知識 產(chǎn)權(quán)平臺扇出的運行方式，迅速形成 32 位機高端應(yīng)用的主流地位，以至于使不 少傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)廠家放棄了自己的 32位發(fā)展計劃

3、，轉(zhuǎn)而使用 ARM內(nèi)核來發(fā)展 自己的32位MCU就連在嵌入式系統(tǒng)發(fā)展史上做出卓越貢獻的 In tel公司，以 及將單片微型計算機發(fā)展到微控制器的 Philips 公司，在發(fā)展 32位嵌入式系統(tǒng) 時，都不另起爐灶，而是轉(zhuǎn)而使用 ARM公司的嵌入式系統(tǒng)內(nèi)核來發(fā)展自己的 32 位 MCU。本文在以下幾個方面對ARM嵌入式在通信領(lǐng)域的應(yīng)用進行分析,1對ARMS行介紹2對ARM在通信領(lǐng)域的應(yīng)用進行總的介紹 3對ARM勺幾種型號在通信領(lǐng)域的應(yīng)用進行舉例介紹 4對ARMt通信領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢做出結(jié)論第1章ARM處理器概述1.1ARM處理器簡介ARM（AdvancedRISCMachineS，既可以認為是一個公

4、司的名字，也可以認為是對一類微處理器的通稱，還可以認為是一種技術(shù)的名字。1991年AR尬司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)。目前，采用 ARMK術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說的 ARM微處理器，已 遍及工業(yè)控制、消費類電子產(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，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了 32位RISC微處理器75%以上的 市場份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計開發(fā)的公司，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng) 商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯 片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從

5、AR憾司購買其設(shè)計的ARM微處理器核，根據(jù)各 自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ARM微處理器芯片進入市場。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，因此既使得ARMi術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個系統(tǒng) 成本降低，使產(chǎn)品更容易進入市場被消費者所接受，更具有競爭力。1.2ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)1.2.1ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域到目前為止, 用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域：1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù) 了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域

6、擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的 8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。2、無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過 85%勺無線通訊設(shè)備采用了 ARMi術(shù)，ARM以 其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用 ARMi術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競 爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。4、消費類電子產(chǎn)品：ARMi術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游 戲機中得到廣泛采用。5、成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機中的32位SIM智能卡也采用了 ARMi術(shù)。除此以

7、外，ARMt處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會在將來取得更 加廣泛的應(yīng)用。1.3ARM微處理器系列ARMt處理器目前包括下面幾個系列，以及其它廠商基于 ARM體系結(jié) 構(gòu)的處理器，除了具有ARh#系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的 ARM微處 理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。ARM7列 ARM系歹y ARM9系列 ARM10系列 SecurCore 系歹 Inter 的 Xscale Inter 的 StrongARM其中，ARM7 ARM9 ARM9和口 ARM1為4個通用處理器系列，每一個系列提供 一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。 SecurCore 系列專門為安全 要求較高

8、的應(yīng)用而設(shè)計。第2章ARM嵌入式在通信領(lǐng)域的應(yīng)用2.1ARM在通信領(lǐng)域的應(yīng)用概述 通信是通過某種媒體進行的信息傳遞。古代，人們通過驛站、飛鴿傳書、烽火 報警等方式進行信息傳遞。今天，隨著科學(xué)水平的飛速發(fā)展，相繼出現(xiàn)了無線 電，固話，手機，互聯(lián)網(wǎng)甚至可視電話等各種通信方式。通信行業(yè)包括電信運 營商，電信設(shè)備制造商，電信增值服務(wù)商，電話服務(wù)，呼叫中心運營與設(shè)備提 供商，手機終端生產(chǎn)商等企業(yè)構(gòu)成的通信泛行業(yè)群體（非標(biāo)準行業(yè)定義）。通信產(chǎn)品可以說包括在以上行業(yè)的產(chǎn)品，目前這些產(chǎn)品大部分是基于 處理器制造的ARM各其技術(shù)授權(quán)給世界上許多著名的半導(dǎo)體、軟件和 OET商，每 個廠商得到的都是一套獨一無二的

9、ARM相關(guān)技術(shù)及服務(wù)。利用這種合伙關(guān)系， ARM艮快成為許多全球性RISC標(biāo)準的締造者。AR喋構(gòu)是面向低預(yù)算市場設(shè)計的第一款 RISC微處理器。arMI供一系列內(nèi)核、體系擴展、微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所 有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行（理 論上如此）。典型的產(chǎn)品如下。CPI內(nèi)核-ARM7:小型、快速、低能耗、集成式 RISC內(nèi)核，用于移動通信。-ARM7TDMI（Thumb）這是公司授權(quán)用戶最多的一項產(chǎn)品，將 ARM7旨令 集同Thumb擴展組合在一起，以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時，它還利用嵌 入式ICE調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計，并用一個 DSP增強擴展來

10、改進性能。該產(chǎn) 品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動器。-ARM9TDMI采用5階段管道化ARM吶核，同時配備Thumb擴展、調(diào) 試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能可達 ARM7TDM的兩倍之 多。常用于連網(wǎng)和頂置盒。體系擴展-Thumb:以16位系統(tǒng)的成本，提供32位RISC性能，特別注意的是它 所需的內(nèi)存容量非常小。嵌入式 ICE 調(diào)試由于集成了類似于ICE的CPU內(nèi)核調(diào)試技術(shù)，所以原型設(shè)計和系統(tǒng)芯 片的調(diào)試得到了極大的簡化。微處理器-ARM710系列，包括 ARM710 ARM710T ARM720T和 ARM740T低價、低能耗、封裝式常規(guī)系統(tǒng)微型處理器，配有高速緩存

11、（Cache）、內(nèi)存管理、寫緩沖和JTAG廣泛應(yīng)用于手持式計算、數(shù)據(jù)通信和消費類多媒體。-ARM940T 920T系列：低價、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有 Cache內(nèi)存管理和寫緩沖。應(yīng)用于高級引擎管理、保安系統(tǒng)、頂置盒、便攜計 算機和高檔打印機。-StrongARM： 性能很高、同時滿足常規(guī)應(yīng)用需要的一種微處理器技術(shù)，與DEC聯(lián)合研制，后來授權(quán)給Intel。SA110處理器、SA1100PD系統(tǒng)芯片 和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術(shù)。-ARM7500和ARM75OOFEK度集成的單芯片RISC計算機，基于一個緩存式ARM73位內(nèi)核，擁有內(nèi)存和I/O控制器、3個DMAS道、片

12、上視頻控制器和調(diào) 色板以及立體聲端口 ；ARM7500FBU增加了一個浮點運算單元以及對 EDODRAM 支持。特別適合電視頂置盒和網(wǎng)絡(luò)計算機（ NC）。2.2ARM在通信領(lǐng)域的應(yīng)用分析作為通信領(lǐng)域的典型應(yīng)用，持電話、機頂盒、數(shù)碼像機、字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品的市場需求越來越大。目前，基于ARM的處理器以其高速度、低功耗等諸多優(yōu)異的性能而成為上述各類產(chǎn)品中選用較多的處理 器。GPS個為數(shù)2. 1、ARMS號功能分析來配置生產(chǎn)。在ARM內(nèi)核中有四個功能模塊可供生產(chǎn)廠商根據(jù)不同用戶的不同要求 這四個模塊分別用 T、D M和I來表示。T：表示Thumb該內(nèi)核可從16位指令集擴充到32位ARM旨令集

13、。表示Debug,該內(nèi)核中放置了用于調(diào)試的結(jié)構(gòu)，通常它為一個邊界 掃描鏈JTAG可使CPU進入調(diào)試模式，從而可方便地進行斷點設(shè)置、單步調(diào) 試。D：M 表示Multiplier，是8位乘法器。I :表示EmbeddedICELogic，用于實現(xiàn)斷點觀測及變量觀測的邏輯電路 部分，其中的TAP控制器可接入到邊界掃描鏈。ARM7ARM采用ARMV4（ Newmar結(jié)構(gòu)，分為三級流水，空間統(tǒng)一的指令與 數(shù)據(jù)Cache,平均功耗為0.6mW/MHz時鐘速度為66MHz每條指令平均執(zhí)行 1.9個時鐘周期。其中的 ARM710 ARM72和ARM74為內(nèi)帶Cache的ARM核。ARM9ARM采用ARMV4（

14、 Harvard）結(jié)構(gòu)，五級流水處理以及分離的 Cache結(jié) 構(gòu)，平均功耗為0.7mW/MHz時鐘速度為120MHz-200MHz每條指令平均執(zhí)行 1.5個時鐘周期。與 ARM系列相似，其中的 ARM920 ARM94和ARM9為含 Cache的 CPUK。性能為 132MIPS（ 120MHZ寸鐘，3.3V 供）或 220MIPS（200MHZ寸鐘）。ARM10ARM1采用ARMV5結(jié)構(gòu)，六級流水處理，指令與數(shù)據(jù)分離的Cache結(jié)構(gòu)。平均功耗為1000mWV時鐘速度為300MHz每條指令平均執(zhí)行1.2個周期， 其中ARM102為帶Cache的版本。ARM10TDMI與所有ARM核在二進制級代

15、碼兼容，內(nèi)帶高速 32X16MAC預(yù)留DSP 協(xié)處理器接口。其中的VFP10（矢量浮點單元）為七級流水結(jié)構(gòu)。ARM1020T ARM10TDMI+32KI&DCaches+lMM構(gòu)，300MHz時鐘，功耗為 1W（2.0V供電）或OOmW 1.5V供電）。指令 Cache和數(shù)據(jù)Cache分別為32K,寬 度為 64bits 。能夠技術(shù)多種商用操作系統(tǒng)。適用于下一代高性能手持式因特網(wǎng) 設(shè)備及數(shù)字式消費類應(yīng)用。StrongARMStrongARM處理器采用ARMV4的五級流水結(jié)構(gòu)。目前有 SA110 SA1100以及SA1110等三個版本（見表2）。2. 2、ARM系列開發(fā)工具及開發(fā)環(huán)境分析1.軟

16、件開發(fā)工具GreenHillsTools : GreenHills 的 ARM軟件工具包能夠支持 ARM6 ARM7 ARM7MARM7TMARM7TDMIARM7500REARM8 ARM9 ARM1以及 Stro ngARM等系列處理器。它由編譯器、交叉工具包、集成開發(fā)環(huán)境和調(diào)試接 口等組成。Compiler :高優(yōu)化性能的C/C+編譯器。CrossToolChain :交叉開發(fā)工具。包括匯編器（ Assembler） 、連接器Linker） 、庫函數(shù)以及目標(biāo)代碼格式轉(zhuǎn)換器。MULTI集成開發(fā)環(huán)境。GreenHills的MULTI集成環(huán)境綜合了軟件開 發(fā)和調(diào)試過程中要用到的各種工具，如源級

17、調(diào)試器、工程管理器、版本控制 器、文本編輯器、性能分析器、圖形瀏覽器。運行出錯檢測器、ARM旨令集仿真器以及底層調(diào)試接口等。用戶可方便地在MULTI環(huán)境中利用上述工具來開發(fā)應(yīng)用程序。Servers: 底層調(diào)試接口。 GreenHills 的 Servers 提供兩類調(diào)試接口供 用戶選擇使用。一類用于 Angel 監(jiān)控器、在線仿真器以及 EPI 公司的 JEENIJTAFQ仿真器等；另一類則用于商用操作系統(tǒng)及用戶自己編寫的操作系統(tǒng)。ASDT2.5 SDT2.5是ARM公司提供的一大套由 C編譯器、連接定位器、C語言調(diào)試器和An gel監(jiān)控器組成的開發(fā)軟件包。由于價格比較適中而應(yīng) 用比較廣泛。2.

18、硬件開發(fā)工具ARM勺硬件開發(fā)工具主要包括兩類仿真器，一是 JTAG仿真器，二是全 功能在線仿真器。前者是利用 ARM處理器中的調(diào)試模塊的功能，通過其 JTAG邊 界掃描口來與仿真器連接。這種方式的仿真器比較便宜，連接比較方便。但由 于僅通過十幾條線來調(diào)試，因而功能有局限。目前ARM處理器的JTAG仿真器在ARMS列處CPU，100M HZ的處市場上比較流行的是 EPI公司的JEENI和MAJIC著名的德國Lauterbach公司 有一款通用JTAG/BDM/ONCE真器TRACE32-ICD也能夠很好的支持 理器。對于全功能在線仿真器來說，由于其信真頭完全取代目標(biāo)板上的 因而功能非常強大。但這

19、類仿真器為了能夠全速仿真時鐘速度高于 理器，通常必須采用極其復(fù)雜的設(shè)計和工藝，因而其價格比較昂貴。Lauterbach公司的TRACE32-Fire就是這類產(chǎn)品的佼佼者。JEENI仿真器：這是一種價位較低的 JTAG仿真器。它能夠很好地與 SDT2.5工具連接。用戶可使用其編譯器和調(diào)試界面。MAJIC仿真器：與JEENI相比，MAJIC能夠通過100base-T以太網(wǎng)與主機相連, 支持多處理器和低電壓 I/O 。RISC邏輯追蹤功能。TRACE32-ICD這是一種通用JTAG/BDM/ONCE真器，既能夠支持 Motorola 系列的 68K、ColdFire、MPC5XX/8XXMPC82X

20、X又能夠通過更換模塊 來支持ARM7系列 CPU同時也能夠支持 SIEMENS勺ONC方式，女口 TriCore、 C166等。另外，TRACE32-ICD提供獨特的TRACE32Fire這是全功能ICE,提供強大的調(diào)試和偵錯功能。3、支持ARM7勺RTOS及其系統(tǒng)開發(fā)ARM9 ARM109勺使用尚未開始。在目前在國內(nèi)，ARM7勺應(yīng)用較多，引，我們以ARM7勺應(yīng)用來例來說明ARM7系統(tǒng)的構(gòu)成及其OS的應(yīng)用。ARM處理的生產(chǎn)廠商很多，他們僅須向 ARM公司購買ARM核的License便可進行生產(chǎn)。目前常用到的 ARM7芯片有tmel公司的AT91M40400 CirrusLogic 公司的 CL-PS7500FE/EP721 等、Hyundai 公司的 GMS30C720