ARM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上ARM技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀班級：×××姓名：×××目 錄一前 言各種新型微處理器的出現(xiàn)和應(yīng)用的不斷深化，系統(tǒng)在后PC時(shí)代得到了空前的發(fā)展。隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步，在工業(yè)控制、家用電器、智能儀器儀表、機(jī)電控制等領(lǐng)域，已不斷展現(xiàn)出其獨(dú)特魅力。與桌面計(jì)算機(jī)不同，嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以應(yīng)用為中心，具有專用性、低成本、低功耗、高性能、高可靠性等特點(diǎn)。嵌入式系統(tǒng)日益廣泛的應(yīng)用也讓人們認(rèn)識到這項(xiàng)技術(shù)蘊(yùn)含的巨大的市場潛力。市場的需求帶動(dòng)了對技術(shù)人才的需求，在未來5年里嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域?qū)⒂谐^120萬的人才缺口，社會(huì)急需嵌入式系統(tǒng)相關(guān)

2、專業(yè)的人才。二 . ARM嵌入式處理器ARM嵌入式處理器是一種32位高性能、低功耗的RISC芯片，它由英國ARM公司設(shè)計(jì)，世界上幾乎所有的主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于ARM體系結(jié)構(gòu)的通用芯片，或在其專用芯片中嵌入ARM的相關(guān)技術(shù)，如TI、Motorola、Intel、Atmel、Samsung、Philips、Altera、Nec、Sharp、NS等公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品。ARM微處理器一般都具有體積小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特點(diǎn)，目前ARM芯片廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無線通信、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、安全產(chǎn)品等領(lǐng)域，如交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備、機(jī)頂盒、STB及智能卡都采用了ARM技術(shù)，并在將

3、來取得更廣泛的應(yīng)用。由于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高度的模塊化、擴(kuò)展性和可靠性，使得嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得越來越重要。在嵌入式應(yīng)用中使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)潛力；提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期；并且開發(fā)出來的產(chǎn)品具有高可靠性。目前來講，嵌入式操作系統(tǒng)有幾十種，常見的嵌入式操作系統(tǒng)有CLinux、RTLinux、Windows CE、Palm OS、VxWorks、OSE、eCOS、C/OS-II。三 . ARM處理器的優(yōu)勢ARM處理器的優(yōu)勢對于如今大量出現(xiàn)的32位嵌入式應(yīng)用，以筆者之見，處理器的優(yōu)勢主要有以

4、下幾個(gè)方面。   1高性能、低功耗、低價(jià)格把ARM處理器的性能拿來和一些著名的通用處理器（如Pentium）相比是不合適的，因?yàn)樗麄兏髯葬槍Φ膽?yīng)用需求是不同的。Pentium處理器采用多條指令流水線的超標(biāo)量結(jié)構(gòu)，追求通用應(yīng)用目標(biāo)下的超強(qiáng)性能，功耗大，可以用散熱器加風(fēng)扇散熱。ARM針對嵌入式應(yīng)用，在滿足性能要求的前提下，力求最低的功率消耗。ARM結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能兼顧到性能、功耗、代碼密度、價(jià)格等幾個(gè)方面，而且做得比較均衡。在性能/功耗比（MIPS/W）方面，ARM處理器具有業(yè)界領(lǐng)先的性能?；贏RM核的芯片價(jià)格也很低，目前CortexM的芯片價(jià)格可低至10元人民幣左右

5、。   2豐富的可選擇芯片ARM只是一個(gè)核，ARM公司自己不生產(chǎn)芯片，采用授權(quán)方式給半導(dǎo)體生產(chǎn)商。目前，全球幾乎所有的半導(dǎo)體廠家都向ARM公司購買了各種ARM核，配上多種不同的控制器（如LCD控制器、SDRAM控制器、DMA控制器等）和外設(shè)、接口，生產(chǎn)各種基于ARM核的芯片。目前，基于ARM核的各種處理器型號有好幾百種，在國內(nèi)市場上，常見的有ST、TI、NXP、Atmel、Samsung、OKI、Sharp、Hynix、Crystal等廠家的芯片。用戶可以根據(jù)各自的應(yīng)用需求，從性能、功能等方面考察，在許多具體型號中選擇最合適的芯片來設(shè)計(jì)自己的應(yīng)用系統(tǒng)。由于ARM核

6、采用向上兼容的指令系統(tǒng)，用戶開發(fā)的軟件可以非常方便地移植到更高的平臺。   3廣泛的第三方支持以如今的技術(shù)，設(shè)計(jì)一個(gè)處理器并非難事，但要使這個(gè)處理器得到大家認(rèn)可，并取得市場成功卻是非常困難的，其中涉及許多技術(shù)與非技術(shù)的因素和環(huán)節(jié)，還包括時(shí)機(jī)、運(yùn)氣。因?yàn)楝F(xiàn)在許多產(chǎn)品的開發(fā)，不是一個(gè)簡單的處理器加幾百條指令、語句就可以解決的。要用到32位處理器，一般都要有編譯器、高效的開發(fā)工具（仿真器及調(diào)試環(huán)境）、操作系統(tǒng)、棧等，這些東西都不是一個(gè)芯片生產(chǎn)商可以解決的，而需要許多第三方的支持。這就像一粒種子，需要土壤、空氣、水等環(huán)境才能發(fā)芽、成長。這也是我們的一些“中國芯”該反思之處

7、。    ARM通過近20年的培育、發(fā)展，得到了廣泛的第三方合作伙伴支持。目前，除通用編譯器GCC，ARM有自己的高效編譯、調(diào)試環(huán)境（MDK、Keil），全球約有50家以上的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）軟件廠商和30家以上的EDA工具制造商，還有很多高效率的實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)試工具的廠商，對ARM提供了很好的支持。用戶采用處理器開發(fā)產(chǎn)品，既可以獲得廣泛的支持，也便于和同行交流，加快開發(fā)進(jìn)度，縮短產(chǎn)品的上市時(shí)間。   4完整的產(chǎn)品線和發(fā)展規(guī)劃ARM核根據(jù)不同應(yīng)用需求對處理器的性能要求，有一個(gè)從ARM7、ARM9到ARM10、ARM11，以及新定義的

8、CortexM/R/A系列完整的產(chǎn)品線。前幾年應(yīng)用較多的主要是基于V4架構(gòu)的ARM7TDMI、ARM720T、ARM920T核的一些處理器芯片，如NXP的LPC2000系列、ST的STR7/9系列、Atmel的AT91系列和Samsung的S3C系列。近兩年，Cortex系列以更好的性能、更低的價(jià)格得到快速推廣，典型的就是基于CortexM3的STM32系列。ARMCortexM/R/A系列分別針對不同的應(yīng)用領(lǐng)域。M系列主要面向傳統(tǒng)微控制器（MCU/單片機(jī)）應(yīng)用，這類應(yīng)用面很廣，要求處理器有豐富的外設(shè)，并且各方面比較均衡；R系列強(qiáng)調(diào)實(shí)時(shí)性，主要用于實(shí)時(shí)控制，如汽車引擎；A系列面向高性能、低功耗

9、應(yīng)用系統(tǒng)，如智能手機(jī)。選用ARM處理器進(jìn)行開發(fā)，技術(shù)積累性較強(qiáng)，生命周期長，設(shè)計(jì)重用度高，不易被淘汰。用戶在選擇ARM處理器時(shí)，可以針對應(yīng)用需求，從大量的芯片中選用滿足性能、功能要求的產(chǎn)品，以獲得較好的性價(jià)比。四 . Arm9與arm7隨著更多應(yīng)用在系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)向著更高級、更復(fù)雜的方向發(fā)展。作為32位結(jié)構(gòu)體系中的翹楚，ARM在各種應(yīng)用領(lǐng)域里得到了極其廣泛的應(yīng)用，成為目前國內(nèi)電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域里面的焦點(diǎn)之一（2005年一項(xiàng)針對國內(nèi)嵌入式系統(tǒng)開發(fā)者的調(diào)查表明，有63%的工程師把ARM作為32位CPU的首選）。過去幾年里，絕大部分ARM系統(tǒng)都是基于ARM7處理器，最近一年里，基于ARM9處理器的

10、產(chǎn)品越來越多，研究ARM9的特點(diǎn)以及如何優(yōu)化從ARM7到9的移植，成為很多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者所關(guān)注的熱點(diǎn)問題。    Tag:嵌入式系統(tǒng) arm9 arm7 arm9E 10E  我們慣稱的ARM9系列中又存在ARM9與ARM9E兩個(gè)系列，其中ARM9屬于ARM v4T架構(gòu)，典型處理器如ARM9TDMI和ARM922T；而ARM9E屬于ARM v5TE架構(gòu)，典型處理器如ARM926EJ和ARM946E。因?yàn)楹笳叩男酒瑪?shù)量和應(yīng)用更為廣泛，所以我們提到ARM9的時(shí)候更多地是特指ARM9E系列處理器（主要就是ARM926EJ和ARM946E這兩款處理器）。下面關(guān)

11、于ARM9的介紹也是更多地集中于9E。   ARM7處理器和9E處理器的流水線差別  對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說，硬件通常是第一考慮的因素。針對處理器來說，流水線則是硬件差別的最明顯標(biāo)志，不同的流水線設(shè)計(jì)會(huì)產(chǎn)生一系列硬件差異。讓我們來比較一下ARM7和ARM9E的流水線，ARM9E從ARM7的3級流水線增加到了5級，ARM9E的流水線中容納了更多的邏輯操作，但是每一級的邏輯操作卻變得更為簡單。比如原來ARM7的第三級流水，需要先內(nèi)部讀取寄存器、然后進(jìn)行相關(guān)的邏輯和算術(shù)運(yùn)算，接著處理結(jié)果回寫，完成的動(dòng)作非常復(fù)雜；而在ARM9E的5級流水中，寄存器讀取、邏輯運(yùn)算

12、、結(jié)果回寫分散在不同的流水當(dāng)中，使得每一級流水處理的動(dòng)作非常簡潔。這就使得處理器的主頻可以大幅度地提高。因?yàn)槊恳患壛魉紝?yīng)CPU的一個(gè)時(shí)鐘周期，如果一級流水中的邏輯過于復(fù)雜，使得執(zhí)行時(shí)間居高不下，必然導(dǎo)致所需的時(shí)鐘周期變長，造成CPU的主頻不能提升。所以流水線的拉長，有利于CPU主頻的提高。在常用的芯片生產(chǎn)工藝下，ARM7一般運(yùn)行在100MHz左右，而9E則至少在200MHz以上。五 . 2011年嵌入式行業(yè)的八大趨勢市場研究公司VDC研究集團(tuán)為我們帶來了2011年嵌入式軟硬件市場的八大趨勢。1. Android推動(dòng)商業(yè)化Linux市場隨著設(shè)備廠商將Android用于手機(jī)以外的應(yīng)用環(huán)境，商業(yè)

13、化Linux市場將會(huì)迎來新的增長。2. 更多的多操作系統(tǒng)設(shè)備更多的應(yīng)用環(huán)境將會(huì)采用傳統(tǒng)操作系統(tǒng)所無法支持的尖端用戶界面，終端用戶會(huì)尋求多操作系統(tǒng)設(shè)備。3. 嵌入式和移動(dòng)市場會(huì)迎來更多的虛擬化應(yīng)用隨著硬件BOM成本、附加運(yùn)行環(huán)境執(zhí)行延時(shí)和成本的下降，操作系統(tǒng)虛擬化會(huì)迎來更大的機(jī)遇，成為更多供應(yīng)商的重點(diǎn)目標(biāo)。4. Symbian的損失變成MeeGo的增長英特爾對嵌入式市場的持續(xù)關(guān)注加上Symbian在戰(zhàn)略方向上的失誤導(dǎo)致諾基亞將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向Linux平臺，這些變化將會(huì)為MeeGo帶來增長。5. OEM廠商會(huì)采用更多的網(wǎng)絡(luò)端安全測試工具嵌入式設(shè)備產(chǎn)品與云端和網(wǎng)絡(luò)端內(nèi)容交互日益增多，OEM廠商將會(huì)采用更多的網(wǎng)絡(luò)端安全測試工具。6