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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(guān)的操作系統、配套的開(kāi)發(fā)工具、仿真器，以及工程師微處理器的經(jīng)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(shuō)選好微處理器，就意味著(zhù)成功，因為項目的成敗取決于許多因素；但可以肯定的一點(diǎn)是，微處理器選型不當，將會(huì )給項目帶來(lái)無(wú)限的煩惱，甚至導致項目的流產(chǎn)。 1 嵌入式微處理器選型的考慮因素 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)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(mǎn)足每個(gè)用戶(hù)的需要，所以這就涉及選型的問(wèn)題。 (1)應用領(lǐng)域 一個(gè)產(chǎn)品的功能、性能一旦定制下來(lái)，其所在的應用領(lǐng)域也隨之確定。應用領(lǐng)域的確定將縮小選型的范圍，例如：工業(yè)控制領(lǐng)域產(chǎn)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(yè)級的芯片，民用級的就被排除在外。目前，比較常見(jiàn)的應用領(lǐng)域分類(lèi)有航天航空、通信、計算機、工業(yè)控制、醫療系統、消費電子、汽車(chē)電子等。 (2)自帶資源 經(jīng)常會(huì )看到或聽(tīng)到這樣的問(wèn)題：主頻是多少?有無(wú)內置的以太網(wǎng)MAC?有多少個(gè)I／O口?自帶哪些接口?支持在線(xiàn)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(wèn)題，微處理器自帶什么樣的資源是選型的一個(gè)重要考慮因素。芯片自帶資源越接近產(chǎn)品的需求，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)相對就越簡(jiǎn)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(gè)較為抽象的名詞。這里舉幾個(gè)形象的例子： ①夏天使用空調時(shí)，家里的電費會(huì )猛增。這是因為空調是高功耗的家用電器，這時(shí)人們會(huì )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(tīng)音樂(lè )看視頻時(shí)，系統因為沒(méi)電自動(dòng)關(guān)機，誰(shuí)都會(huì )抱怨“又沒(méi)電了!” ③目前手機一般使用鋰電池，手機的待機和通話(huà)時(shí)間成了人們選擇手機的重要指標。待機及通話(huà)時(shí)間越長(cháng)，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(chǎn)品即節能又節財，甚至可以減少環(huán)境污染，它有如此多的優(yōu)點(diǎn)，因此低功耗也成了芯片選型時(shí)的一個(gè)重要指標。 (5)封 裝 常見(jiàn)的微處理器芯片封裝主要有QFP、BGA兩大類(lèi)型。BGA類(lèi)型的封裝焊接比較麻煩，一般的小公司都不會(huì )焊，但BGA封裝的芯片體積會(huì )小很多。如果產(chǎn)品對芯片體積要求不嚴格，選型時(shí)最好選擇QFP封裝。 (6)芯片的可延續性及技術(shù)的可繼承性 目前，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度很快，所以在選型時(shí)要考慮芯片的可升級性。如果是同一廠(chǎng)家同一內核系列的芯片，其技術(shù)可繼承性就較好。應該考慮知名半導體公司，然后查詢(xún)其相關(guān)產(chǎn)品，再作出判斷。 (7)價(jià)格及供貨保證 芯片的價(jià)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(jià)格和供貨就會(huì )處于不穩定狀態(tài)，所以選型時(shí)盡量選擇有量產(chǎn)的芯片。 (8)仿真器 仿真器是硬件和底層軟件調試時(shí)要用到的工具，開(kāi)發(fā)初期如果沒(méi)有它基本上會(huì )寸步難行。選擇配套適合的仿真器，將會(huì )給開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多便利。對于已經(jīng)有仿真器的人們，在選型過(guò)程中要考慮它是否支持所選的芯片。 (9)OS及開(kāi)發(fā)工具 作為產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，在選型芯片時(shí)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(guò)程中要考慮所選的芯片是否支持該 OS，也可以反過(guò)來(lái)說(shuō)，即這種OS是否支持該芯片。 (10)技術(shù)支持 現在的趨勢是買(mǎi)服務(wù)，也就是買(mǎi)技術(shù)支持。一個(gè)好的公司的技術(shù)支持能力相對比較有保證，所以選芯片時(shí)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(hù)的使用規模及使用情況。選擇市面上使用較廣的芯片，將會(huì )有比較多的共享資源，給開(kāi)發(fā)帶來(lái)許多便利。 2 ARM公司及相關(guān)產(chǎn)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(yè)控制、消費類(lèi)電子產(chǎn)品、通信系統、網(wǎng)絡(luò )系統、無(wú)線(xiàn)系統等各類(lèi)產(chǎn)品市場(chǎng)。ARM處理器應用占據了32位RISC微處理器很大的市場(chǎng)，ARM技術(shù)已滲入生活的各個(gè)方面。 目前市面上常見(jiàn)的ARM處理器架構可分為ARM7、ARM9、ARM10、ARM11以及Cortex系列，每個(gè)系列又包括很多種IP內核的產(chǎn)品。ARM 也是嵌入式處理器中首先推出多核架構的廠(chǎng)商。生產(chǎn)ARM芯片的廠(chǎng)家很多，主流半導體廠(chǎng)商的產(chǎn)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(chǎng)商的ARM芯片產(chǎn)品列表見(jiàn)本刊網(wǎng)站，其中有些產(chǎn)品已供貨，有些正在樣片階段，有些正在開(kāi)發(fā)，還有許多產(chǎn)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(yè)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(gè)以上RS232串口、1個(gè)USB 2．O接口、1個(gè)SPI接口，以及大于30個(gè)GPIO引腳(不包括數據總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和CPU內置接口總線(xiàn))。 ⑥提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘或實(shí)時(shí)定時(shí)器。 ⑦引腳封裝為QFP。 ⑧價(jià)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(lǐng)域”，把要選的芯片定位于工業(yè)控制領(lǐng)域。目前市場(chǎng)上生產(chǎn)較適合用于作工業(yè)控制的微處理器的半導體公司有 NXP、Atmel、ST公司(Samsung公司的產(chǎn)品較適合用于PDA、多媒體產(chǎn)品，Cirrus Logic公司的產(chǎn)品較適合音頻產(chǎn)品。)根據需求②，參照選購的考慮因素中的“OS及開(kāi)發(fā)工具”，VxWorks5．5對于A(yíng)RM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(mǎn)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(jià)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(chǎn)品要么處于樣片階段，要么處于開(kāi)發(fā)階段，而LH7A資源不滿(mǎn)足要求)、AT91RM9200和AT91SAM9260 (AT91SAM7SE系列處理速度太慢，AT91SAM9261和AT91SAM9263封裝不滿(mǎn)足需求)型號上。根據需求⑧，上一步所選的3個(gè)型號都能滿(mǎn)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期角度考慮，AT91RM9200最為適合，它在這4個(gè)芯片中開(kāi)發(fā)周期應該最短； ②從技術(shù)可繼承性角度考慮，且對開(kāi)發(fā)周期沒(méi)有嚴格限制的話(huà)，AT91SAM9260較為合適； ③如果單支持VxWorks，對Linux支持要求不高，且對開(kāi)發(fā)周期沒(méi)有嚴格限制的話(huà)，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(mǎn)意度從高到低的排列順序是：AT91RM9200、AT91SAM9260、LPC2468、STR912。 編者注：本文為期刊縮略版，全文見(jiàn)本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。 參考文獻 1. 周潔.楊心懷 32位 RISC CPU ARM芯片的應用和選型 [期刊論文] -電子技術(shù)應用2002(8) 2. 杜春雷 ARM 體系結構與編程 2003 3. 馬忠梅 AT91 系列ARM核微控制器結構與開(kāi)發(fā) 2003 4. 周立功 ARM 微控制器基礎與實(shí)戰 2005 5. Seal David ARM Architecture Reference Manual 2000 作者：廣東省電子技術(shù)研究所 陳麗珍 林小薇 來(lái)源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（6） |
