ARM嵌入式系统论文

ARM嵌入式系统 指导老师:张力一.ARM简介 如果说,“嵌入式”是2008年电子工程师谈论得最多的词之一,2009年谈论得最多的一个词就是“ARM”。究竟什么是ARM呢,他是英国一家电子公司的名字,全名的意思是Advanced RISC Machine。该公司成立于1990年11月,是苹果电脑,Acorn电脑集团和VLSI Technology的合资企业。Acorn曾推出世界上首个商用单芯片RISC处理器,而苹果电脑当时希望将RISC技术应用于自身系统,ARM微处理器新标准因此应运而生。 80年代末90年代初半导体行业产业链刚刚出现分工,台积电,联电等半导体代工厂正悄悄崛起,美国硅谷中的一些fabless公司也如雨后春笋一样涌现出来,所谓的fabless公司自己芯片,但是生产过程则包给台积电等代工厂生产。而ARM更是为天下先,19年前首创了chipless的生产模式,即该公司既不生产芯片,也不设计芯片,而是设计出高效的IP内核,授权给半导体公司使用,半导体公司在ARM技术的基础上添加自己的设计并推出芯片产品,最后由OEM客户采用这些芯片来构建基于ARM技术的系统产品。这种方式有点象通信行业的高通和半导体行业的RAMBUS,他们站在了半导体产业链上游的上游。19年前成立的ARM可能面临着很大风险,因为没有人知道这条路能不能行得通,但是现在的事实已经证明,ARM走了一条没人走过,却是正确的道路。,作为附加产品,他还让中国的行业人士从这个窗口认识到了英国的电子公司,ARM的成功带动了英国的chipless公司的发展。 因为ARM的产品是IP Core,没有任何物理意义上的硬件或者软件实体,所以只能在中国注册成为“咨询”公司,尽管咨询只是其业务中很小的一块。ARM的核心业务是销售芯片核心技术IP,目前全球有103家巨型IT公司在采用ARM技术,20家最大的半导体厂商中有19家是ARM的用户,包括德州仪器,意法半导体,Philips, Intel等。20大巨头中唯一没有购买ARM授权的是Intel的老对头AMD,因为Intel便携式处理器采用的是Strong ARM,而AMD则收购了Alchemy公司与之抗衡,采用的是MIPS结构。 二.ARM产品介绍 ARM提供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片。由于所有产品均采用一个通用的软件体系,所以相同的软件可在所有产品中运行(理论上如此)。典型的产品如下。 CPU内核 ARM7:小型、快速、低能耗、集成式RISC内核,用于移动通信。 ARM7TDMI(Thumb):这是公司授权用户最多的一项产品,将ARM7指令集同Thumb扩展组合在一起,以减少内存容量和系统成本。同时,它还利用嵌入式ICE调试技术来简化系统设计,并用一个DSP增强扩展来改进性能。该产品的典型用途是数字蜂窝电话和硬盘驱动器。 ARM710系列,包括ARM710、ARM710T、ARM720T和ARM740T:低价、低能耗、封装式常规系统微型处理器,配有高速缓存(Cache)、内存管理、写缓冲和JTAG。广泛应用于手持式计算、数据通信和消费类多媒体。 ARM7优化用于对价位和功耗敏感的消费应用的低功耗32位核,非常低的功耗;三段流水线和冯·诺依曼结构,提供0.9MIPS/MHz。 ARM9TDMI:采用5阶段管道化ARM9内核,同时配备Thumb扩展、调试和Harvard 总线。在生产工艺相同的情况下,性能可达ARM7TDMI的两倍之多。常用于连网和顶置盒。 ARM940T系列低价、低能耗、高性能系统微处理器,配有、内存管理和写缓冲。应用于高级引擎管理、保安系统、顶置盒、便携计算机和高档打印机。StrongARM:性能很高、 同时满足常规应用需要的一种微处理器技术,与DEC联合研制,后来授权给Intel。SA110处理器、SA1100 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。 ARM920T, ARM922T, ARM940T,ARM966E-S,ARM968E-S,ARM996HS 有着高性能和低功耗领先的硬宏单元,5级流水线结构;哈佛结构提供 1.1MIPS/MHz。ARM920T和ARM922T内置全性能的MMU、指令和数据cache和高速AMBA总线接口。AMBA片上总线是一个开放标准,已成为SoC构建和IP库开发的事实标准。AMBA先进的高性能总线(AHB)接口现由所有新的ARM核支持,提供开发全综合设计系统。ARM940T内置指令和数据cache、保护单元和高速AMBA总线接口。 ARM7500和ARM7500FE:高度集成的单芯片RISC计算机,基于一个缓存式ARM7 32位内核,拥有内存和I/O控制器、3个DMA通道、片上视频控制器和调色板以及立体声端口;ARM7500FE则增加了一个浮点运算单元以及对EDO DRAM的支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机(NC)。 ARM10 ARM1020E,ARM1022E,ARM1026EJ-S,系列是64位AHB指令和数据接口;6级流水线结构;1.25MIPS/MHz;比同等的ARM9器件性能提高50%。添加了两种新的先进的节能方式得到了异常低的耗电。VFP10协处理器完善地依从ARM10器件提供高性能的浮点解决方案ARM10有三个内核分别是:ARM1026EJ-S?, ARM1020E?, ARM1022E?。 ARM11 MPCore,ARM1136J(F)-S,ARM1176JZ(F)-S 这是高效率高性能的CPU,国内还没有产品出现。 三.ARM软件系统及操作系统概述 嵌入式系统通常是以具体应用为中心,以处理器为核心且面向实际应用的软硬件系统,其硬件整个嵌入式系统运行的基础和平台,提供了软件运行所需的物理平台和通信接口;而嵌入式系统的软件一般包括操作系统和应用软件,它们是整个系统的控制核心,提供机交互的信息等。所以,嵌入式系统的开发通常包括硬件和软件两部分的开发,硬件部分主要包括选择合适的MCU 或者SOC器件、存储器类型、通讯接口及I/O、电源及其他的辅助设备等;软件部分主要涉及OS porting 和应用程序的开发等,与此同时,软件中断调试和实时调试,代码的优化、可移植性/可重用以及软件固化等也是嵌入式软件开发的关键。 ARM 对操作系统以及系统开发执行环境提供最广泛的选择,客户可以根据需要来选择最适应市场的基于ARM 的嵌入式操作系统。可供选择的嵌入式操作系统有几十种,使用较多的有Linux,WinCE,Palm,Symbian 等等。采用WinCE 更多的是OEM,以及按需进行特定的嵌入式器件开发的,例如GPS 导航设备。采用Palm 操作系统的厂家有联想三星索尼,他们的出货量都非常巨大。Symbian 操作系统是先进的全球公开工业标准操作系统,基于Symbian操作系统的手机有:BenQ,DoCoMo,Motorola,Nokia,Panasonic,三星,索尼爱立信等。Linux 是源代码开放的操作系统,可以运行在包括ARM 等多种主流处理器架构上。由于有一大批的工程师在开发开放源代码以及相关开发工具,Linux 可以更方便快捷的进行移植。 以Linux 为例,选择基于ARM 的Linux,可以得到更多的开发源代码的应用,可以利用ARM 处理器的高性能开发出更广阔的网络和无线应用,ARM 的Jazelle技术带来Linux 平台下Java 程序更好的性能现。ARM 公司的系列开发工具和开发板,以及各种开发论坛的可利用信息带来更快的产品上市时间。 四.ARM开发流程 基于ARM926的Linux开发为例,浏览一下整个开发流程: 1 设计原理图(含WIGGLER的JTAG访真器); 2 设计PCB(含WIGGLER的JTAG访真器); 3 制版; 4 焊接电压,确定电压没问题; 5 焊接44B0+JTAG电路+WIGGLER的JTAG访真器+周边电路,用BANYANT+仿真器连接,BANYANT提示错误,但可以显示44B0编号,说明44B0没问题; 6 焊接晶体+RAM+ROM+周边电路,用BANY ANT+仿真器连接,可以显示正确的44B0了; 7 用BANYANT+仿真器连接,开AXD,在命令行窗口操作RAM,看可不可以修改,可以的话(用内存窗口看RAM地址)RAM就没问题可以用这个命令“setmem 0xc000000,0xffffffff,32”; 8把程序按照《FLASH烧写总结》里的烧到FLASH里,测试一下; 9按照《UBOOT 移植操作》移植UBOOT; 10按照《UCLINUX下载简单说明》下个UCLINUX; 五.总结 AMR(Audio/MODEM Riser,声音/调制解调器插卡)是一套开放工业标准,它定义的扩展卡可同时支持声音及MODEM功能。采用这种设计,可有效降低成本,同时解决声音与MODEM子系统目前在功能上的一些限制。 人们其实早就想把MODEM子系统集成到主板上,但由于存在电磁干扰以及另一些不方便的因素,所以MODEM最重要的模拟I/O(编码/译码器和DAA)电路暂时还不能直接焊到主板上。Intel公司之所以制订这套AMR规则,很重要的一个目的就是解决这个问题,将模拟I/O电路转移到单独的插卡中,其他部件则留在主板上。 通过一个开放的、工业标准的插卡设计,系统厂商可采用标准或专用插槽,用极低的成本在主板上实现声音和MODEM功能。由于具有更大的灵活性,主板上可集成更多的加速功能,这一切都要归功于AMR接口。 基本的AMR架构支持声音及MODEM子系统的硬件加速。加速器位于预处理数据源与处理数据目的地之间,它直接从主内存取得预先处理好的数据,再通过AC链路,将其直接传递给解码芯片。 正是由于硬件上的这种伸缩性,系统厂商可选择将哪个控制器作为AC链路主控来使用。在可以预见的将来,越来越多的硬件设备会集成到一起,既能节约空间,也能降低成本。但这一切都要依赖业界通行的标准。由Intel制订的AMR1.01规范只是迈出了一小步而已。在一些科幻小说中,已指出未来的CPU将是一个各种功能的大杂烩,同时具有MODEM、声卡、内存、显卡等功能。但愿这不是一个遥远的梦! 07电子信息工程1班 董汉芬