32位RISCCPUARM芯片的應(yīng)用和選型

1.4 usb接口

許多arm芯片內(nèi)置有usb控制器，有些芯片甚至同時(shí)有usb host和usb slave控制器。見(jiàn)表2。

表2 內(nèi)置usb控制器的arm芯片

1.5 gpio數(shù)量

在某些芯片供應(yīng)商提供的說(shuō)明書(shū)中，往往申明的是最大可能的gpio數(shù)量，但是有許多引腳是和地址線(xiàn)、數(shù)據(jù)線(xiàn)、串口線(xiàn)等引腳復(fù)用的。這樣在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要計(jì)算實(shí)際可以使用的gpio數(shù)量。

1.6 中斷控制器

arm內(nèi)核只提供快速中斷（fiq）和標(biāo)準(zhǔn)中斷（irq）兩個(gè)中斷向量。但各個(gè)半導(dǎo)體廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)芯片時(shí)加入了自己同的中斷控制器，以便支持諸如串行口、外部中斷、時(shí)鐘斷等硬件中斷。外部中斷控制是選擇芯片必須考慮的重要因素，合理的外部中斷設(shè)計(jì)可以很大程度的減少任務(wù)調(diào)度工作量。例如philips公司的saa7750，所有g(shù)pio都可以設(shè)置成fiq或irq，并且可以選擇升沿、下降沿、高電平、低電平四種中斷方式。這使得紅外線(xiàn)遙控接收、指輪盤(pán)和鍵盤(pán)等任務(wù)都可以作為背景程序運(yùn)行。而cirrus logic公司的ep7312芯片，只有4個(gè)外部中斷源，并且 每個(gè)中斷源都只能是低電平或才高電平中斷，樣在用于接收紅外線(xiàn)信號(hào)的場(chǎng)合時(shí)，就必須用查詢(xún)方式，會(huì)浪費(fèi)大量cpu時(shí)間。

1.7 iis（integrate interface of sound）接口

即集成音頻接口。如果設(shè)計(jì)者頻應(yīng)用產(chǎn)品，iis總線(xiàn)接口是必需的。

1.8 nwait信號(hào)

外部總線(xiàn)速度控制信號(hào)。不是每個(gè)arm芯片都提供這個(gè)信號(hào)引腳，利用這個(gè)信號(hào)與廉價(jià)的gal芯片就可以實(shí)現(xiàn)與符合pcmcia標(biāo)準(zhǔn)的wlan卡和bluetooth卡的接口，而不需要外加高成本的pcmcia專(zhuān)用控制芯片。另外，當(dāng)需要擴(kuò)展外部dsp協(xié)處理器時(shí)，此信號(hào)也是必需的。

1.9 rtc（real time clock）

很多arm芯片都提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，但方式不同。如cirrus logic公司的ep7312的rtc只是一個(gè)32位計(jì)數(shù)器，需要通過(guò)軟件計(jì)算出年月日時(shí)分秒;而saa7750和s3c2410等芯片的rtc直接提供年月日時(shí)分秒格式。

1.10 lcd控制器

有些arm芯片內(nèi)置lcd控制器，有的甚至內(nèi)置64k彩色tft lcd控制器。在設(shè)計(jì)pda和手持式顯示記錄設(shè)備時(shí)，選用內(nèi)置lcd控制器的arm芯片如s1c2410較為適宜。

1.11 pwm輸出

有些arm芯片有2～8路pwm輸出，可以用于電機(jī)控制或語(yǔ)音輸出等場(chǎng)合。

1.12 adc和dac

有些arm芯片內(nèi)置2～8通道8～12位通用adc，可以用于電池檢測(cè)、觸摸屏和溫度監(jiān)測(cè)等。philips的saa7750更是內(nèi)置了一個(gè)16位立體聲音頻adc和dac，并且?guī)Ф鷻C(jī)驅(qū)動(dòng)。

1.13 擴(kuò)展總線(xiàn)

大部分arm芯片具有外部sdram和sram擴(kuò)展接口，不同的arm芯片可以擴(kuò)展的芯片數(shù)量即片選線(xiàn)數(shù)量不同，外部數(shù)據(jù)總線(xiàn)有8位、16位或32位。某些特殊應(yīng)用arm芯片如德國(guó)micronas的puc3030a沒(méi)有外部擴(kuò)展功能。

1.14 uart和irda

幾乎所有的arm芯片都具有1～2個(gè)uart接口，可以用于和pc機(jī)通訊或用angel進(jìn)行調(diào)試。一般的arm芯片通訊波特率為115，200bps，少數(shù)專(zhuān)為藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)用設(shè)計(jì)的arm芯片的uart通訊波特率可以達(dá)到920kbps，如linkup公司l7205。

1.15 dsp協(xié)處理器，見(jiàn)表3。

表3 arm+dsp結(jié)構(gòu)的arm芯片

1.16 內(nèi)置fpga

有些arm芯片內(nèi)置有fpga，適合于通訊等領(lǐng)域。見(jiàn)表4。

表4 arm+fpga結(jié)構(gòu)的arm芯片

1.17 時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和看門(mén)狗

一般arm芯片都具有2～4個(gè)16位或32位時(shí)鐘計(jì)數(shù)器和一個(gè)看門(mén)狗計(jì)數(shù)器。

1.18 電源管理功能

arm芯片的耗電量與工作頻率成正比，一般arm芯片都有低功耗模式、睡眠模式和關(guān)閉模式。

1.19 dma控制器

有些arm芯片內(nèi)部集成有dma（direct memory access），可以和硬盤(pán)等外部設(shè)備高速交換數(shù)據(jù)，同時(shí)減少數(shù)據(jù)交換時(shí)對(duì)cpu資源的占用。

另外，還可以選擇的內(nèi)部功能部件有：hdlc，sdlc，cd-rom decoder，ethernet mac，vga controller，dc-dc?？梢赃x擇的內(nèi)置接口有：iic，spdif，can，spi，pci，pcmcia。

最后需說(shuō)明的是封裝問(wèn)題。arm芯片現(xiàn)在主要的封裝有qfp、tqfp、pqfp、lqfp、bga、lbga等形式，bga封裝具有芯片面積小的特點(diǎn)，可以減少pcb板的面積，但是需要專(zhuān)用的焊接設(shè)備，無(wú)法手工焊接。另外一般bga封裝的arm芯片無(wú)法用雙面板完成pcb布線(xiàn)，需要多層pcb板布線(xiàn)。

2 多芯核結(jié)構(gòu)arm芯片的選擇

為了增強(qiáng)多任務(wù)處理能力、數(shù)學(xué)運(yùn)算能力、多媒體以及網(wǎng)絡(luò)處理能力，某些供應(yīng)商提供的arm芯片內(nèi)置多個(gè)芯核，目前常見(jiàn)的arm+dsp，arm+fpga，arm+arm等結(jié)構(gòu)。

2.1 多arm芯核

為了增強(qiáng)多任務(wù)處理能力和多媒體處理能力，某些arm芯片內(nèi)置多個(gè)arm芯核。例如portal player公司的pp5002內(nèi)部集成了兩個(gè)arm7tdmi芯核，可以應(yīng)用于便攜式mp3播放器的編碼器或解碼器。從科勝訊公司（conexant）分離出云的專(zhuān)門(mén)致力于高速通訊芯片設(shè)計(jì)生產(chǎn)的minspeed公司就在其多款高速通訊芯片中集成了2～4個(gè)arm7tdmi內(nèi)核。

2.2 arm芯核+dsp芯核

為了增強(qiáng)數(shù)學(xué)運(yùn)算功能和多媒體處理功能，許多供應(yīng)商在其arm芯片內(nèi)增加了dsp協(xié)處理器。通常加入的dsp苡核有arm公司的piccolo dsp芯核、oak公司16位定點(diǎn)dsp芯核、ti的tms320c5000系列dsp芯核、motorola的56k dsp芯核等。見(jiàn)表3。

2.3 arm芯核+fpga

為了提高系統(tǒng)硬件的在線(xiàn)升級(jí)能力，某些公司在arm芯片內(nèi)部集成了fpga。見(jiàn)表4。

3 主要arm芯片供應(yīng)商

目前可以提供arm芯片的著名歐美半導(dǎo)體公司有：英特爾、德洲儀器、三星半導(dǎo)體、摩托羅拉、飛利浦半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體、億恒半導(dǎo)體、科勝訊、adi公司、安捷倫、高通公司、atmel、intersil、alcatel、altera、cirrus logic、linkup、parthus、lsi logic、micronas，silicon wave、virata、portalplayer inc.、netsilicon，parthus。見(jiàn)表5。***的許多著名半導(dǎo)體公司或東芝、三菱半導(dǎo)體、愛(ài)普生、富士通半導(dǎo)體、松下半導(dǎo)體等公司較早期都大力投入開(kāi)了自主的32位cpu結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)在都轉(zhuǎn)向購(gòu)買(mǎi)arm公司的芯核進(jìn)行新產(chǎn)品設(shè)計(jì)。由于它們購(gòu)買(mǎi)arm版權(quán)較晚，現(xiàn)在還沒(méi)有可銷(xiāo)售的arm芯片，而oki、nec、akm、oak、sharp、sanyo、sony、rohm等***半導(dǎo)體公司目前都已經(jīng)已經(jīng)指生產(chǎn)了arm芯片。韓國(guó)的現(xiàn)代半導(dǎo)體公司也生產(chǎn)提供arm芯片。另外 ，國(guó)外也很多設(shè)備制造商采用arm公司芯核設(shè)計(jì)自己的專(zhuān)用芯片，如美國(guó)的ibm、3com和新加坡的創(chuàng)新科技等。我國(guó)臺(tái)灣地區(qū)可以提供arm芯片的公司臺(tái)積電、臺(tái)聯(lián)電、華幫電子等。其它已購(gòu)買(mǎi)arm芯核，正在設(shè)計(jì)自主版板權(quán)專(zhuān)用芯片的大陸公司會(huì)為通訊中興通訊等。

表5 主要arm芯片供應(yīng)商及其代表性產(chǎn)品和主要應(yīng)用領(lǐng)域

4 選擇方案舉例

表6列舉的最佳方案僅供參考，由于soc集成電路的發(fā)展非常迅速，今天的最佳方案到明天就可以不是最佳的了。因此任何時(shí)候在選擇方案時(shí)，都應(yīng)廣泛搜尋一下主要的arm芯片供應(yīng)商，以找出最適合芯片。

表6 最佳應(yīng)用方案推薦