嵌入式ARM微处理器如何选型

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1 嵌入式微处理器选型的考虑因素
　　
! M9 z: Q* {4 I. I在产品开发中，作为核心芯片的微处理器，其自身的功能、性能、可靠性被寄予厚望，因为它的资源越丰富、自带功能越强大，产品开发周期就越短，项目成功率就越高。但是，任何一款微处理器都不可能尽善尽美，满足每个用户的需要，所以这就涉及选型的问题。
　　
(1)应用领域
　　
$ A* \. U0 U0 P$ Q  |$ J; S5 w7 q" `) m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。
　　
' Y7 Z: G0 g; _3 D+ s' J* d6 a(2)自带资源
　　
; |* U1 ~! V. e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。芯片自带资源越接近产品的需求，产品开发相对就越简单。
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(3)可扩展资源
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, i. |9 N+ e+ Z( z- o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。
　　
3 i. a0 M3 }( W(4)功 耗
　　
, u! D; y6 r2 [- k$ j单看“功耗”是一个较为抽象的名词。这里举几个形象的例子：
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4 G2 R) O# W! M6 G' X& o0 v①夏天使用空调时，家里的电费会猛增。这是因为空调是高功耗的家用电器，这时人们会想，“要是空调能像日光灯那样省电就好了”。
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( M" `! H1 ?$ Q& v; [1 F9 G- o②随身的MP3、MP4都使用电池。正当听音乐看视频时，系统因为没电自动关机，谁都会抱怨“又没电了!”
　　
③目前手机一般使用锂电池，手机的待机和通话时间成了人们选择手机的重要指标。待机及通话时间越长，电池的使用寿命就可以提高，手机的寿命也相对提高了。
　　
) p9 [+ T* C* ^- G& P; o; P. P以上体现了人们对低功耗的渴求。低功耗的产品即节能又节财，甚至可以减少环境污染，它有如此多的优点，因此低功耗也成了芯片选型时的一个重要指标。
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(5)封 装
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1 k  Y; }/ w3 J' |; O3 u常见的微处理器芯片封装主要有QFP、BGA两大类型。BGA类型的封装焊接比较麻烦，一般的小公司都不会焊，但BGA封装的芯片体积会小很多。如果产品对芯片体积要求不严格，选型时最好选择QFP封装。
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(6)芯片的可延续性及技术的可继承性
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目前，产品更新换代的速度很快，所以在选型时要考虑芯片的可升级性。如果是同一厂家同一内核系列的芯片，其技术可继承性就较好。应该考虑知名半导体公司，然后查询其相关产品，再作出判断。
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) B1 C2 r2 C2 m(7)价格及供货保证
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, L  g5 W  _  [" L9 p# N芯片的价格和供货也是必须考虑的因素。许多芯片目前处于试用阶段(sampling)，其价格和供货就会处于不稳定状态，所以选型时尽量选择有量产的芯片。
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/ ?7 y  Z+ |( w: E(8)仿真器
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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。
　　
(9)OS及开发工具
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; d; P, p& C" E; F7 q* e0 w作为产品开发，在选型芯片时必须考虑其对软件的支持情况，如支持什么样的OS等。对于已有OS的人们，在选型过程中要考虑所选的芯片是否支持该OS，也可以反过来说，即这种OS是否支持该芯片。
　　
; Y4 n" b, e% v; t! O$ G(10)技术支持
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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。
5 y7 n* _# C6 b, y% r' e' O' N8 |2 ARM公司及相关产品介绍
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; X/ ^" o5 E+ Z7 }8 z9 i$ E, E7 fARM公司于1991年成立于英国剑桥，主要出售ARM IP的授权。目前，ARM处理器(即采用ARM IP核的处理器)已遍及工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等各类产品市场。ARM处理器应用占据了32位RISC微处理器很大的市场，ARM技术已渗入生活的各个方面。
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目前市面上常见的ARM处理器架构可分为ARM7、ARM9、ARM10、ARM11以及Cortex系列，每个系列又包括很多种IP内核的产品。ARM 也是嵌入式处理器中首先推出多核架构的厂商。生产ARM芯片的厂家很多，主流半导体厂商的产品比较齐全，供货也相对更有保障。Samsung、NXP、 Cirrus Logic、Atmel、Freescale、TI、ST、Winbond等主流半导体厂商的ARM芯片产品列表见本刊网站，其中有些产品已供货，有些正在样片阶段，有些正在开发，还有许多产品不支持外部存储器的扩展。
3 嵌入式微处理器选型示例
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! [& {: D. m9 t, {  b8 \+ j- ~% E" U& {(1)需 求
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①适合于工业控制的温度。
②支持VxWorks、Linux操作系统。
③存储方面，SDRAM大于16 MB，Flash大于8 MB。
$ Q- t! R1 G/ P% q④主频方面，60 MHz以上。
9 ~0 j1 |% v# d+ Y0 L1 ]4 N⑤接口方面具有带DMA控制的Ethernet MAC、2个以上RS232串口、1个USB 2．O接口、1个SPI接口，以及大于30个GPIO引脚(不包括数据总线、地址总线和CPU内置接口总线)。
1 W2 E$ I( x4 G6 I1 T$ L⑥提供实时时钟或实时定时器。
⑦引脚封装为QFP。
$ {- k. n4 s1 t+ V: g⑧价格为<200元。
　　
9 r8 T5 Y8 ]" l$ v(2)选型需求分析
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根据需求①，参照前述选购的考虑因素中的“应用领域”，把要选的芯片定位于工业控制领域。目前市场上生产较适合用于作工业控制的微处理器的半导体公司有 NXP、Atmel、ST公司(Samsung公司的产品较适合用于PDA、多媒体产品，Cirrus Logic公司的产品较适合音频产品。)根据需求②，参照选购的考虑因素中的“OS及开发工具”，VxWorks5．5对于ARM核支持到V5T架构，所以把选型范围缩小到ARM7和ARM9系列。由于需要支持Linux操作系统，所以最好选择带有MMU的内核，因为不带MMU内核(ARM7TMDI)支持的Linux操作系统非常有限，只能支持uCLinux。
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根据需求③，结合各种型号的芯片资源介绍，不难看出要求芯片必须带有可扩展存储接口，因为芯片的内置存储量不可能那么大。所以只能选择带可扩展存储接口的芯片。NXP公司的LPC2400系列和LH7A具备此项功能，Atmel公司的AT91SAM7SE系列、AT91RM9200、AT91SAM9系列也满足此项需求。
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4 Z. [% a7 {' [3 N- P: _根据需求④、⑤、⑥、⑦，参照选购的考虑因素中的“价格及供货保证”，结合NXP、Atmel公司的芯片资源介绍，把选型范围框定在LPC2468 (LPC2400系列中的其他产品要么处于样片阶段，要么处于开发阶段，而LH7A资源不满足要求)、AT91RM9200和AT91SAM9260 (AT91SAM7SE系列处理速度太慢，AT91SAM9261和AT91SAM9263封装不满足需求)型号上。根据需求⑧，上一步所选的3个型号都能满足要求。
　　
' B- c+ g7 ~' \8 |/ _(3)选型结论
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8 n4 z6 p: q7 N" e. X4 Z- x综合需求和芯片各方面的资源，选型结论如下：
　　
& M+ v2 E/ ^' Y; i①从产品开发周期角度考虑，AT91RM9200最为适合，它在这4个芯片中开发周期应该最短；
　　
②从技术可继承性角度考虑，且对开发周期没有严格限制的话，AT91SAM9260较为合适；
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③如果单支持VxWorks，对Linux支持要求不高，且对开发周期没有严格限制的话，LPC2468较为合适；
　　
④综合各方面考虑，STR912排在其他三者之后。
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选型满意度从高到低的排列顺序是：AT91RM9200、AT91SAM9260、LPC2468、STR912。

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应用领域的确定将缩小选型的范围

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从产品开发周期角度考虑，AT91RM9200最为适合