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【ARM9嵌入式系统硬件设计指南】嵌入式处理器摘要近年来，随着微处理器制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器建造，而不是用通用处理器。
这些嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的处理器。
本章节为您介绍嵌入式处理器和它的分类。
ZLG致远电子十余年的嵌入式硬件设计秘笈首度公开！《ARM9嵌入式系统硬件设计指南》配套划时代精品EasyARM-i.MX283A 开发平台同期发布，深入剖析ARM9 硬件设计的每一个毛孔，助您完成前所未有的技术飞跃！1.2 嵌入式处理器1.2.1 嵌入式处理器介绍普通个人计算机（PC）中的处理器是通用目的的处理器。
它们的设计非常丰富，因为这些处理器提供全部的特性和广泛的功能，故可以用于各种应用中。
使用这些通用处理器的系统有大量的应用编程资源。
例如，现代处理器具有内置的内存管理单元（MMU），提供内存保护和多任务能力的虚存和操作系统。
这些通用的处理器具有先进的高速缓存逻辑。
许多这样的处理器具有执行快速浮点运算的内置数学协处理器。
这些处理器提供接口，支持各种各样的外部设备。
这些处理器能源消耗大，产生的热量高，尺寸也大。
其复杂性意味着这些处理器的制造成本昂贵。
在早期，嵌入式系统通常用通用目的的处理器建造。
近年来，随着微处理器制造技术的发展，越来越多的嵌入式系统用嵌入式处理器建造，而不是用通用处理器。
这些嵌入式处理器是为完成特殊的应用而设计的处理器。
一类嵌入式处理器注重尺寸、能耗和价格。
因此，某些嵌入式处理器限定其功能，即处理器对于某类应用足够好，而对于其他类的应用可能就不够好了。
这就是为何许多的嵌入式处理器没有太高的CPU速度的原因。
例如，为个人数字助理（PDA）设备选择的就没有浮点协处理器，因为浮点运算没有必要。
这些处理器可以是16 bit地址体系结构，而不是32 bit 的；处理器可以是200MHz CPU频率，因为应用的主要特性是交互和显示密集性的，而不是计算密集性的。
嵌入式ARM微处理器选型指南要选好一款处理器，要考虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。
微处理器选型是否得当，将决定项目成败。
当然，并不是说选好微处理器，就意味着成功，因为项目的成败取决于许多因素但可以肯定的一点是，微处理器选型不当，将会给项目带来无限的烦恼，甚至导致项目的流产。
1嵌入式微处理器选型的考虑因素在产品开发中，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。
(2 )自带资源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。
(3)可扩展资源硬件平台要支持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。
⑷功耗单看“功耗”是一个较为抽象的名词。
这里举几个形象的例子：①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”。
ARM嵌入式工控机配置与选型技巧嵌入式工控机将串口和其它工业级功能集成到了一个坚固、紧凑的金属机箱中确保最大可靠性的防振性能，采用高强度铝合金结构，是用于强大通讯应用的理想选择。
嵌入式工控机非常适合在嵌入式PC 应用中使用，长期运行，稳定可靠。
所有电子部件都保护在一个紧凑密封的外壳中，可以在特别注重空间和环境因素的应用中用作嵌入式独立应用。
在这里介绍广州易显科技的嵌入式工控机的配置与选型技巧，让工控机使用者更好的进行技术开发。
选择工控机最重要的是选择工控主板的配置和开发软件，工控主板是工控机构造中的核心部分，工控机主板的好坏直接影响到工控机性能的好坏，因此选择工控机，首先就要选择一款适合自己的主板。
其次选择一款配套的上位机软件。
下面介绍广州易显科技的工控主板与上位机人机界面组态软件HMImaker。
我们都知道工控机主板的品质主要由：芯片组（CHIPSET）、工控机主板设计与布局（DESIGNANDLAYOUT）、以及工控机主板的做工用料这三方面来决定的。
广州易显科技的工控机主板的芯片组采用32位ARM+FPGA+SDRAM+FLASH。
上位机开发软件使用可编程人机界面组态软件HMImaker。
该方案存在下面一些优点:首先：人机界面组态软件【HMImaker】开发显示与操作界面，“0”编程、'所见即所得'、'0'代码、如'制作PPT'一样简单，快速！支持各种单片机或PLC通讯协议。
其次：图片的容量最高可达1G字节大小，图片的张数最高可达1万张。
图片显示效果的图片较快且流畅。
上电时加载的速度与图片多少没有直接的关系。
再者：成本低、高性价比、超低功耗、不发热。
接口丰富，支持各种PLC或单片机驱动控制8至55寸触摸屏与显示器、电视机。
最后：加密性，采用的FPGA和ARM均是具有硬件加密功能的，充分地保护了您的程序不被他人复制。
以下是工控主板的接口说明，其中1到7为基本功能，可以选型为基本控制板，具有其他功能的控制板成为多功能豪华工控板，。
每个人都知道什么是PC,但很多人不明白什么是嵌入式系统和嵌入式微处理器。
与PC制造者不一样,嵌入式系统的工程师不得不自己设计自己的系统。
与全球PC市场不同,没有一种微处理器和微处理器公司可以主导嵌入式系统,仅以32位的CPU而言,就有100种以上嵌入式微处理器。
那么,在设计手持电话、传真机、机器人、打印机和网络路由器等应用产品时,应如何选择嵌入式微处理器呢?仅有一种答案,那就是选择是多样化的。
因为嵌入式系统设计的差异性极大,这就是有100种微处理器存在的原因。
在某种情况下,性能极为重要,而在另一种情况下,低功耗又成为最关键的因素。
另外,一些设计者会考虑支持软件、代码的大小以及多种渠道的资源和过去的经验。
那么,哪些因素是设计者最为关心的?调查上市的CPU供应商某些公司如Motorola、 Intel很有名气,而有一些小的公司如QED(Santa Clara .CA)虽然名气很小,但也生产很优秀的微处理器。
另外,有一些公司,如ARM、MIPS等,只设计而并不生产CPU,他们把生产权授予世界各地的半导体制造商。
一些半导体厂商生产的CPU不单纯以传统的封装形式出售,而是以一种软件模型库方式向用户供应ASIC设计。
截至1997年底,所有各种形式的32位嵌入式微处理器的销售额超过1.8亿美元,如果加上PC、苹果机和工作站,那么,几乎每一位生活在美国的人都拥有一颗32位微处理器。
Motorola传统的68K结构仍是32位CPU的主流,虽然它起源于80年代初,但在1997年依然销售了8000万个,并基本上是传统680xx芯片(00、20、40K),另外就是683xx(60、02、32、28K)以及Coldfire。
68K嵌入式微处理器最大的挑战者是MIPS的授权制造商。
众所周知,MIPS属于SGI公司,而MIPS主要做嵌入式系统,SGI工作站只是MIPS芯片销售额的1 ;紧跟在MIPS后的另一个RISC芯片制造商是Hitachi 的SH,SH主要在远东销售(日本最多),北美则很少有人使用。
嵌入式ARM微处理器选型指南
要选好一款处理器，要考虑的因素很多，不单单是纯粹的硬件接口，还需要考虑相关的操作系统、配套的开发工具、仿真器，以及工程师微处理器的经验和软件支持情况等。
微处理器选型是否得当，将决定项目成败。
当然，并不是说选好微处理器，就意味着成功，因为项目的成败取决于许多因素；但可以肯定的一点是，微处理器选型不当，将会给项目带来无限的烦恼，甚至导致项目的流产。
1 嵌入式微处理器选型的考虑因素
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
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。
(2)自带资源
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。
(3)可扩展资源
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。
(4)功耗
单看“功耗”是一个较为抽象的名词。
这里举几个形象的例子：
①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”。
②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。
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。
(5)封装
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。
(6)芯片的可延续性及技术的可继承性
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。
(7)价格及供货保证
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。
(8)仿真器
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
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。
(10)技术支持
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。
2 ARM公司及相关产品介绍
ARM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。
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
(1)需求
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。
④主频方面，60 MHz以上。
⑤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)。
⑥提供实时时钟或实时定时器。
⑦引脚封装为QFP。
⑧价格为<200元。
(2)选型需求分析
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。
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。
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。
(3)选型结论
综合需求和芯片各方面的资源，选型结论如下：
①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；
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。
选型满意度从高到低的排列顺序是：AT91RM9200、AT91SAM9260、LPC2468、STR912。
