嵌入式ARM微处理器选型指南

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。