ARM嵌入式在通信领域的应用分析.

1、ARM嵌入式在通信领域的应用分析ARM嵌入式在通信领域的应用分析、F前言 由于网络与通信技术的发展，嵌入式系统在经历了近 20 年的发展历程后，又进入了一个新的历史发展阶段，即从普遍的低端应用进入到一个高、低端并行 发展，并且不断提升低端应用技术水平的时代，其标志是近年来 32位MCU勺发展。32位MCU勺应用不会走8位机百花齐放、百余种型号系列齐上阵的道 路。这是因为在 8 位机的低端应用中，嵌入对象与对象专业领域十分广泛而复 杂；而当前32位MCU勺高端应用则多集中在网络、通信、多媒体技术领域。32位MCU各会集中在少数厂家发展的少数型号系列上。在嵌入式系统高端应用的发展中，曾经有众多的厂

2、家参与，很早就有 许多 8 位嵌入式MCUr家实施了 8位、16位和32位机的发展计划。后来，8位和32 位机的技术扩展，侵占了 16位机的发展空间。传统电子系统智能化对 8位机的 需求，使这些厂家把主要精力放在 8 位机的发展上，形成了 32位机的发展迟迟 不前的局面。当网络、通信和多媒体信息家电业兴起后，出现了嵌入式系统高 端应用的市场；而在嵌入式系统的高端应用中，进行多年技术准备的 AR憾 司，适时地推出了 32位ARMS列嵌入式微处理器，以其明显的性能优势和知识 产权平台扇出的运行方式，迅速形成 32 位机高端应用的主流地位，以至于使不 少传统嵌入式系统厂家放弃了自己的 32位发展计划

3、，转而使用 ARM内核来发展 自己的32位MCU就连在嵌入式系统发展史上做出卓越贡献的 In tel公司，以 及将单片微型计算机发展到微控制器的 Philips 公司，在发展 32位嵌入式系统 时，都不另起炉灶，而是转而使用 ARM公司的嵌入式系统内核来发展自己的 32 位 MCU。本文在以下几个方面对ARM嵌入式在通信领域的应用进行分析,1对ARMS行介绍2对ARM在通信领域的应用进行总的介绍 3对ARM勺几种型号在通信领域的应用进行举例介绍 4对ARMt通信领域的应用趋势做出结论第1章ARM处理器概述1.1ARM处理器简介ARM（AdvancedRISCMachineS，既可以认为是一个公

4、司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1991年AR尬司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用 ARMK术知识产权（IP）核的微处理器，即我们通常所说的 ARM微处理器，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，基于ARM技术的微处理器应用约占据了 32位RISC微处理器75%以上的 市场份额，ARM技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。ARM公司是专门从事基于RISC技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应 商，本身不直接从事芯片生产，靠转让设计许可由合作公司生产各具特色的芯 片，世界各大半导体生产商从

5、AR憾司购买其设计的ARM微处理器核，根据各 自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。目前，全世界有几十家大的半导体公司都使用ARM公司的授权，因此既使得ARMi术获得更多的第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统 成本降低，使产品更容易进入市场被消费者所接受，更具有竞争力。1.2ARM微处理器的应用领域及特点ARM微处理器及技术的应1.2.1ARM微处理器的应用领域到目前为止, 用几乎已经深入到各个领域：1、工业控制领域：作为32的RISC架构，基于ARM核的微控制器芯片不但占据 了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域

6、扩展，ARM微控制器的低功耗、高性价比，向传统的 8位/16位微控制器提出了挑战。2、无线通讯领域：目前已有超过 85%勺无线通讯设备采用了 ARMi术，ARM以 其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固。3、网络应用：随着宽带技术的推广，采用 ARMi术的ADSL芯片正逐步获得竞 争优势。此外，ARM在语音及视频处理上行了优化，并获得广泛支持，也对DSP的应用领域提出了挑战。4、消费类电子产品：ARMi术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游 戏机中得到广泛采用。5、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术。手机中的32位SIM智能卡也采用了 ARMi术。除此以

7、外，ARMt处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取得更 加广泛的应用。1.3ARM微处理器系列ARMt处理器目前包括下面几个系列，以及其它厂商基于 ARM体系结 构的处理器，除了具有ARh#系结构的共同特点以外，每一个系列的 ARM微处 理器都有各自的特点和应用领域。ARM7列 ARM系歹y ARM9系列 ARM10系列 SecurCore 系歹 Inter 的 Xscale Inter 的 StrongARM其中，ARM7 ARM9 ARM9和口 ARM1为4个通用处理器系列，每一个系列提供 一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。 SecurCore 系列专门为安全 要求较高

8、的应用而设计。第2章ARM嵌入式在通信领域的应用2.1ARM在通信领域的应用概述 通信是通过某种媒体进行的信息传递。古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火 报警等方式进行信息传递。今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线 电，固话，手机，互联网甚至可视电话等各种通信方式。通信行业包括电信运 营商，电信设备制造商，电信增值服务商，电话服务，呼叫中心运营与设备提 供商，手机终端生产商等企业构成的通信泛行业群体（非标准行业定义）。通信产品可以说包括在以上行业的产品，目前这些产品大部分是基于 处理器制造的ARM各其技术授权给世界上许多著名的半导体、软件和 OET商，每 个厂商得到的都是一套独一无二的

9、ARM相关技术及服务。利用这种合伙关系， ARM艮快成为许多全球性RISC标准的缔造者。AR喋构是面向低预算市场设计的第一款 RISC微处理器。arMI供一系列内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案。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。CPI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旨令 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

10、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。-ARM9TDMI采用5阶段管道化ARM呐核，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 ARM7TDM的两倍之 多。常用于连网和顶置盒。体系扩展-Thumb:以16位系统的成本，提供32位RISC性能，特别注意的是它 所需的内存容量非常小。嵌入式 ICE 调试由于集成了类似于ICE的CPU内核调试技术，所以原型设计和系统芯 片的调试得到了极大的简化。微处理器-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

11、（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。-ARM940T 920T系列：低价、低能耗、高性能系统微处理器，配有 Cache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、SA1100PD系统芯片 和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。-ARM7500和ARM75OOFEK度集成的单芯片RISC计算机，基于一个缓存式ARM73位内核，拥有内存和I/O控制器、3个DMAS道、片

12、上视频控制器和调 色板以及立体声端口 ；ARM7500FBU增加了一个浮点运算单元以及对 EDODRAM 支持。特别适合电视顶置盒和网络计算机（ NC）。2.2ARM在通信领域的应用分析作为通信领域的典型应用，持电话、机顶盒、数码像机、字助理以及因特网设备等产品的市场需求越来越大。目前，基于ARM的处理器以其高速度、低功耗等诸多优异的性能而成为上述各类产品中选用较多的处理 器。GPS个为数2. 1、ARMS号功能分析来配置生产。在ARM内核中有四个功能模块可供生产厂商根据不同用户的不同要求 这四个模块分别用 T、D M和I来表示。T：表示Thumb该内核可从16位指令集扩充到32位ARM旨令集

13、。表示Debug,该内核中放置了用于调试的结构，通常它为一个边界 扫描链JTAG可使CPU进入调试模式，从而可方便地进行断点设置、单步调 试。D：M 表示Multiplier，是8位乘法器。I :表示EmbeddedICELogic，用于实现断点观测及变量观测的逻辑电路 部分，其中的TAP控制器可接入到边界扫描链。ARM7ARM采用ARMV4（ Newmar结构，分为三级流水，空间统一的指令与 数据Cache,平均功耗为0.6mW/MHz时钟速度为66MHz每条指令平均执行 1.9个时钟周期。其中的 ARM710 ARM72和ARM74为内带Cache的ARM核。ARM9ARM采用ARMV4（

14、 Harvard）结构，五级流水处理以及分离的 Cache结 构，平均功耗为0.7mW/MHz时钟速度为120MHz-200MHz每条指令平均执行 1.5个时钟周期。与 ARM系列相似，其中的 ARM920 ARM94和ARM9为含 Cache的 CPUK。性能为 132MIPS（ 120MHZ寸钟，3.3V 供）或 220MIPS（200MHZ寸钟）。ARM10ARM1采用ARMV5结构，六级流水处理，指令与数据分离的Cache结构。平均功耗为1000mWV时钟速度为300MHz每条指令平均执行1.2个周期， 其中ARM102为带Cache的版本。ARM10TDMI与所有ARM核在二进制级代

15、码兼容，内带高速 32X16MAC预留DSP 协处理器接口。其中的VFP10（矢量浮点单元）为七级流水结构。ARM1020T ARM10TDMI+32KI&DCaches+lMM构，300MHz时钟，功耗为 1W（2.0V供电）或OOmW 1.5V供电）。指令 Cache和数据Cache分别为32K,宽 度为 64bits 。能够技术多种商用操作系统。适用于下一代高性能手持式因特网 设备及数字式消费类应用。StrongARMStrongARM处理器采用ARMV4的五级流水结构。目前有 SA110 SA1100以及SA1110等三个版本（见表2）。2. 2、ARM系列开发工具及开发环境分析1.软

16、件开发工具GreenHillsTools : GreenHills 的 ARM软件工具包能够支持 ARM6 ARM7 ARM7MARM7TMARM7TDMIARM7500REARM8 ARM9 ARM1以及 Stro ngARM等系列处理器。它由编译器、交叉工具包、集成开发环境和调试接 口等组成。Compiler :高优化性能的C/C+编译器。CrossToolChain :交叉开发工具。包括汇编器（ Assembler） 、连接器Linker） 、库函数以及目标代码格式转换器。MULTI集成开发环境。GreenHills的MULTI集成环境综合了软件开 发和调试过程中要用到的各种工具，如源级

17、调试器、工程管理器、版本控制 器、文本编辑器、性能分析器、图形浏览器。运行出错检测器、ARM旨令集仿真器以及底层调试接口等。用户可方便地在MULTI环境中利用上述工具来开发应用程序。Servers: 底层调试接口。 GreenHills 的 Servers 提供两类调试接口供 用户选择使用。一类用于 Angel 监控器、在线仿真器以及 EPI 公司的 JEENIJTAFQ仿真器等；另一类则用于商用操作系统及用户自己编写的操作系统。ASDT2.5 SDT2.5是ARM公司提供的一大套由 C编译器、连接定位器、C语言调试器和An gel监控器组成的开发软件包。由于价格比较适中而应 用比较广泛。2.

18、硬件开发工具ARM勺硬件开发工具主要包括两类仿真器，一是 JTAG仿真器，二是全 功能在线仿真器。前者是利用 ARM处理器中的调试模块的功能，通过其 JTAG边 界扫描口来与仿真器连接。这种方式的仿真器比较便宜，连接比较方便。但由 于仅通过十几条线来调试，因而功能有局限。目前ARM处理器的JTAG仿真器在ARMS列处CPU，100M HZ的处市场上比较流行的是 EPI公司的JEENI和MAJIC著名的德国Lauterbach公司 有一款通用JTAG/BDM/ONCE真器TRACE32-ICD也能够很好的支持 理器。对于全功能在线仿真器来说，由于其信真头完全取代目标板上的 因而功能非常强大。但这

19、类仿真器为了能够全速仿真时钟速度高于 理器，通常必须采用极其复杂的设计和工艺，因而其价格比较昂贵。Lauterbach公司的TRACE32-Fire就是这类产品的佼佼者。JEENI仿真器：这是一种价位较低的 JTAG仿真器。它能够很好地与 SDT2.5工具连接。用户可使用其编译器和调试界面。MAJIC仿真器：与JEENI相比，MAJIC能够通过100base-T以太网与主机相连, 支持多处理器和低电压 I/O 。RISC逻辑追踪功能。TRACE32-ICD这是一种通用JTAG/BDM/ONCE真器，既能够支持 Motorola 系列的 68K、ColdFire、MPC5XX/8XXMPC82X

20、X又能够通过更换模块 来支持ARM7系列 CPU同时也能够支持 SIEMENS勺ONC方式，女口 TriCore、 C166等。另外，TRACE32-ICD提供独特的TRACE32Fire这是全功能ICE,提供强大的调试和侦错功能。3、支持ARM7勺RTOS及其系统开发ARM9 ARM109勺使用尚未开始。在目前在国内，ARM7勺应用较多，引，我们以ARM7勺应用来例来说明ARM7系统的构成及其OS的应用。ARM处理的生产厂商很多，他们仅须向 ARM公司购买ARM核的License便可进行生产。目前常用到的 ARM7芯片有tmel公司的AT91M40400 CirrusLogic 公司的 CL-PS7500FE/EP721 等、Hyundai 公司的 GMS30C720