嵌入式ARM微處理器選型指南

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，還需要考慮相關的操作系統、配套的開發工具、仿真器，以及工程師微處理器的經驗和軟件支持情況等。微處理器選型是否得當，將決定項目成敗。當然，并不是說選好微處理器，就意味著成功，因為項目的成敗取決于許多因素；但可以肯定的一點是，微處理器選型不當，將會給項目帶來無限的煩惱，甚至導致項目的流產。

1 嵌入式微處理器選型的考慮因素
??? 在產品開發中，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，因為它的資源越豐富、自帶功能越強大，產品開發周期就越短，項目成功率就越高。但是，任何一款微處理器都不可能盡善盡美，滿足每個用戶的需要，所以這就涉及選型的問題。
??? (1)應用領域
??? 一個產品的功能、性能一旦定制下來，其所在的應用領域也隨之確定。應用領域的確定將縮小選型的范圍，例如：工業控制領域產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，這樣就得選擇工業級的芯片，民用級的就被排除在外。目前，比較常見的應用領域分類有航天航空、通信、計算機、工業控制、醫療系統、消費電子、汽車電子等。
??? (2)自帶資源
??? 經常會看到或聽到這樣的問題：主頻是多少?有無內置的以太網MAC?有多少個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重要考慮因素。芯片自帶資源越接近產品的需求，產品開發相對就越簡單。
??? (3)可擴展資源
??? 硬件平臺要支持OS、RAM和ROM，對資源的要求就比較高。芯片一般都有內置RAM和ROM，但其容量一般都很小，內置512 KB就算很大了，但是運行OS一般都是兆級以上。這就要求芯片可擴展存儲器。
??? (4)功耗
??? 單看“功耗”是一個較為抽象的名詞。這里舉幾個形象的例子：
??? ①夏天使用空調時，家里的電費會猛增。這是因為空調是高功耗的家用電器，這時人們會想，“要是空調能像日光燈那樣省電就好了”。
??? ②隨身的MP3、MP4都使用電池。正當聽音樂看視頻時，系統因為沒電自動關機，誰都會抱怨“又沒電了!”
??? ③目前手機一般使用鋰電池，手機的待機和通話時間成了人們選擇手機的重要指標。待機及通話時間越長，電池的使用壽命就可以提高，手機的壽命也相對提高了。
??? 以上體現了人們對低功耗的渴求。低功耗的產品即節能又節財，甚至可以減少環境污染，它有如此多的優點，因此低功耗也成了芯片選型時的一個重要指標。
??? (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焊，但BGA封裝的芯片體積會小很多。如果產品對芯片體積要求不嚴格，選型時最好選擇QFP封裝。
??? (6)芯片的可延續性及技術的可繼承性
??? 目前，產品更新換代的速度很快，所以在選型時要考慮芯片的可升級性。如果是同一廠家同一內核系列的芯片，其技術可繼承性就較好。應該考慮知名半導體公司，然后查詢其相關產品，再作出判斷。
??? (7)價格及供貨保證
??? 芯片的價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)，其價格和供貨就會處于不穩定狀態，所以選型時盡量選擇有量產的芯片。
??? (8)仿真器
??? 仿真器是硬件和底層軟件調試時要用到的工具，開發初期如果沒有它基本上會寸步難行。選擇配套適合的仿真器，將會給開發帶來許多便利。對于已經有仿真器的人們，在選型過程中要考慮它是否支持所選的芯片。
??? (9)OS及開發工具
??? 作為產品開發，在選型芯片時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)技術支持
??? 現在的趨勢是買服務，也就是買技術支持。一個好的公司的技術支持能力相對比較有保證，所以選芯片時最好選擇知名的半導體公司。
??? 另外，芯片的成熟度取決于用戶的使用規模及使用情況。選擇市面上使用較廣的芯片，將會有比較多的共享資源，給開發帶來許多便利.

2 ARM公司及相關產品介紹
??? ARM公司于1991年成立于英國劍橋，主要出售ARM IP的授權。目前，ARM處理器(即采用ARM IP核的處理器)已遍及工業控制、消費類電子產品、通信系統、網絡系統、無線系統等各類產品市場。ARM處理器應用占據了32位RISC微處理器很大的市場，ARM技術已滲入生活的各個方面。
??? 目前市面上常見的ARM處理器架構可分為ARM7、ARM9、ARM10、ARM11以及Cortex系列，每個系列又包括很多種IP內核的產品。ARM 也是嵌入式處理器中首先推出多核架構的廠商。生產ARM芯片的廠家很多，主流半導體廠商的產品比較齊全，供貨也相對更有保障。Samsung、NXP、 Cirrus Logic、Atmel、Freescale、TI、ST、Winbond等主流半導體廠商的ARM芯片產品列表見本刊網站，其中有些產品已供貨，有些正在樣片階段，有些正在開發，還有許多產品不支持外部存儲器的擴展。

3 嵌入式微處理器選型示例
??? (1)需求
??? ①適合于工業控制的溫度。
??? ②支持VxWorks、Linux操作系統。
??? ③存儲方面，SDRAM大于16 MB，Flash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個以上RS232串口、1個USB 2．O接口、1個SPI接口，以及大于30個GPIO引腳(不包括數據總線、地址總線和CPU內置接口總線)。
??? ⑥提供實時時鐘或實時定時器。
??? ⑦引腳封裝為QFP。
??? ⑧價格為<200元。
??? (2)選型需求分析
??? 根據需求①，參照前述選購的考慮因素中的“應用領域”，把要選的芯片定位于工業控制領域。目前市場上生產較適合用于作工業控制的微處理器的半導體公司有 NXP、Atmel、ST公司(Samsung公司的產品較適合用于PDA、多媒體產品，Cirrus Logic公司的產品較適合音頻產品。)根據需求②，參照選購的考慮因素中的“OS及開發工具”，VxWorks5．5對于ARM核支持到V5T架構，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，所以最好選擇帶有MMU的內核，因為不帶MMU內核(ARM7TMDI)支持的Linux操作系統非常有限，只能支持uCLinux。
??? 根據需求③，結合各種型號的芯片資源介紹，不難看出要求芯片必須帶有可擴展存儲接口，因為芯片的內置存儲量不可能那么大。所以只能選擇帶可擴展存儲接口的芯片。NXP公司的LPC2400系列和LH7A具備此項功能，Atmel公司的AT91SAM7SE系列、AT91RM9200、AT91SAM9系列也滿足此項需求。
??? 根據需求④、⑤、⑥、⑦，參照選購的考慮因素中的“價格及供貨保證”，結合NXP、Atmel公司的芯片資源介紹，把選型范圍框定在LPC2468 (LPC2400系列中的其他產品要么處于樣片階段，要么處于開發階段，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)型號上。根據需求⑧，上一步所選的3個型號都能滿足要求。
??? (3)選型結論
??? 綜合需求和芯片各方面的資源，選型結論如下：
??? ①從產品開發周期角度考慮，AT91RM9200最為適合，它在這4個芯片中開發周期應該最短；
??? ②從技術可繼承性角度考慮，且對開發周期沒有嚴格限制的話，AT91SAM9260較為合適；
??? ③如果單支持VxWorks，對Linux支持要求不高，且對開發周期沒有嚴格限制的話，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。