目前英國ARM架構(gòu)占據(jù)手機處理器90%的市場份額。1、德州儀器優(yōu)點：低頻高能且耗電量較少，高端智能機必備CPU缺點：報價不菲，對應(yīng)的手機報價也很高2、INTEL優(yōu)點：CPU主頻高，速度快缺點：耗電、每頻率性能較低3、高通優(yōu)點：主頻高，性能表現(xiàn)出色，功能定位明確缺點：對功能切換處理能力一般4、samsung優(yōu)點：耗電量低、報價便宜缺點：性能低5、Marvell優(yōu)點：很好繼承和發(fā)揮了PXA的性能缺點：功耗大 1 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域及特點 1.2.1 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域 到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個領(lǐng)域： 1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。 2、無線通訊領(lǐng)域：目前已有超過85%的無線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)， ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。 3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競爭優(yōu)勢。此外，ARM在語音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。 4、消費類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機頂盒和游戲機中獲得廣泛采用。 5、成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機和打印機中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。 除此以外，ARM微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會在將來取得更加廣泛的應(yīng)用。 1.2.2 ARM微處理器的特點 采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點： 1、體積小、低功耗、低成本、高性能； 2、支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件； 3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快； 4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成； 5、尋址方式靈敏簡易，執(zhí)行效率高； 6、指令長度固定；2 ARM微處理器系列 ARM微處理器目前包含下面幾個系列，以及其他廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點以外，每一個系列的ARM微處理器都有各自的特點和應(yīng)用領(lǐng)域。 － ARM7系列 － ARM9系列 － ARM9E系列 － ARM10E系列 － SecurCore系列 － Inter的Xscale － Inter的StrongARM 其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的性能來滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計。 以下我們來詳細(xì)了解一下各種處理器的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。 1.3.1 ARM7微處理器系列 ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對價位和功耗要求較高的消費類應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點： － 具有嵌入式ICE－RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。 － 極低的功耗，適合對功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。 － 能夠提供0.9MIPS/MHz的三級流水線結(jié)構(gòu)。 － 代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。 － 對操作系統(tǒng)的支持廣泛，包含Windows CE、Linux、Palm OS等。 － 指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級換代。 － 主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。 ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域為：工業(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。 ARM7系列微處理器包含如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、 ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為： T： 支持16為壓縮指令集Thumb； D： 支持片上Debug； M：內(nèi)嵌硬件乘法器（Multiplier） I： 嵌入式ICE，支持片上斷點和調(diào)試點； 1.3.2 ARM9微處理器系列 ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點： － 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 － 提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。 － 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 － 支持32位的高速AMBA總線接口。 － 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 － MPU支持實時操作系統(tǒng)。 － 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機頂盒、高端打印機、數(shù)字拍照機和數(shù)字?jǐn)z像機等。 ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 1.3.3 ARM9E微處理器系列 ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。ARM9E系列微處理器提供了加強的DSP處理能力，很適合于那些需要同時使用DSP和微控制器的應(yīng)用場合。 ARM9E系列微處理器的主要特點如下： － 支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 － 5級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 － 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 － 支持32位的高速AMBA總線接口。 － 支持VFP9浮點處理協(xié)處理器。 － 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 － MPU支持實時操作系統(tǒng)。 － 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。 － 主頻最高可達(dá)300MIPS。 ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、儲存設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。 ARM9E系列微處理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 1.3.4 ARM10E微處理器系列 ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，性能提高了近50％，同時，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進的節(jié)能方式，使其功耗極低。 ARM10E系列微處理器的主要特點如下： － 支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號處理的場合。 － 6級整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。 － 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。 － 支持32位的高速AMBA總線接口。 － 支持VFP10浮點處理協(xié)處理器。 － 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。 － 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力 － 主頻最高可達(dá)400MIPS。 － 內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。 ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無線設(shè)備、數(shù)字消費品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。 ARM10E系列微處理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 1.3.5 SecurCore微處理器系列 SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計，提供了完善的32位RISC技術(shù)的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點外，還具有其獨特的優(yōu)勢，即提供了對安全解決方案的支持。 SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點： － 帶有靈敏的保護單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。 － 采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對其進行掃描探測。 － 可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。 SecurCore系列微處理器主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。 SecurCore系列微處理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四種類型，以適用于不同的應(yīng)用場合。 1.3.6 StrongARM微處理器系列 Inter StrongARM SA-1100處理器是采用ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設(shè)計和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時采用具有英特爾技術(shù)優(yōu)點的體系結(jié)構(gòu)。 英特爾 StrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費類電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。 1.3.7 Xscale處理器 Xscale 處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、高性價比、低功耗的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數(shù)字移動電話、個人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場合。 Xscale 處理器是Inter目前主要推廣的一款A(yù)RM微處理器。3 ARM微處理器結(jié)構(gòu) 1.4.1 RISC體系結(jié)構(gòu) 傳統(tǒng)的CISC（Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計算機）結(jié)構(gòu)有其固有的缺點，即隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計算機的體系結(jié)構(gòu)會越來越復(fù)雜，然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20％的指令會被反復(fù)使用，占整個程序代碼的80％。而余下的80％的指令卻不常常使用，在程序設(shè)計中只占20％，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。 基于以上的不合理性，1979年美國加利福尼亞 州大學(xué)伯克利分校提出了RISC（Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機）的概念，RISC并非只是簡易地去減少指令，而是把著眼點放在了如何使計算機的結(jié)構(gòu)更加簡易合理地提高運算速度上。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡易指令，避免復(fù)雜指令；將指令長度固定，指令格式和尋地方式種類減少；以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來達(dá)到上述目的。 到目前為止，RISC體系結(jié)構(gòu)也還沒有嚴(yán)格的定義，一般認(rèn)為，RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點： － 采用固定長度的指令格式，指令歸整、簡易、基本尋址方式有2～3種。 － 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。 － 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對寄存器進行操作，只有加載/ 儲存指令可以訪問儲存器，以提高指令的執(zhí)行效率。 除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗： － 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。 － 可用加載/儲存指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高等 數(shù)學(xué)據(jù)的傳輸效率。 － 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時完成邏輯處理和移位處理。 － 在循環(huán)處理中使用地址的自動增減來提高運行效率。 當(dāng)然，和CISC架構(gòu)相比較，盡管RISC架構(gòu)有上述的優(yōu)點，但決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就可以取代CISC架構(gòu)，事實上，RISC和CISC各有優(yōu)勢，而且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性，如超長指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢，成為未來的CPU發(fā)展方向之一。 1.4.2 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu) ARM處理器共有37個寄存器，被分為若干個組（BANK），這些寄存器包含： － 31個通用寄存器，包含程序計數(shù)器（PC指針），均為32位的寄存器。 － 6個狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識CPU的工作狀態(tài)及程序的運行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。 同時，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問的寄存器包含15個通用寄存器（R0～R14）、一至二個狀態(tài)寄存器和程序計數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。 關(guān)于ARM處理器的寄存器結(jié)構(gòu)，在后面的相關(guān)章節(jié)將會詳細(xì)描述。 1.4.3 ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu) ARM微處理器的在較新的體系結(jié)構(gòu)中支持兩種指令集：ARM指令集和Thumb指令集。其中，ARM指令為32位的長度，Thumb指令為16位長度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％～40％以上的儲存空間，同時具備32位代碼的所有優(yōu)點。 關(guān)于ARM處理器的指令結(jié)構(gòu)，在后面的相關(guān)章節(jié)將會詳細(xì)描述。4 ARM微處理器的應(yīng)用選型 鑒于ARM微處理器的眾多優(yōu)點，隨著國內(nèi)外嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的逐步發(fā)展，ARM微處理器必然會獲得廣泛的重視和應(yīng)用。但是，由于ARM微處理器有多達(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，幾十個芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時帶來一定的困難，所以，對ARM芯片做一些對比研究是十分必要的。 以下從應(yīng)用的角度出發(fā)，對在選擇ARM微處理器時所應(yīng)考慮的主要問題做一些簡要的探討。 ARM微處理器內(nèi)核的選擇 以前面所介紹的內(nèi)容可知，ARM微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶如果希望使用WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU（Memory Management Unit）功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都帶有MMU功能。而ARM7TDMI則沒有MMU，不支持Windows CE和標(biāo)準(zhǔn)Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統(tǒng)可運行于ARM7TDMI硬件平臺之上。事實上，uCLinux已經(jīng)成功移植到多種不帶MMU的微處理器平臺上，并在穩(wěn)定性和其他方面都有上佳表現(xiàn)。 本書所討論的S3C4510B即為一款不帶MMU的ARM微處理器，可在其上運行uCLinux操作系統(tǒng)。 系統(tǒng)的工作頻率 系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，常見的ARM7芯片系統(tǒng)主時鐘為20MHz-133MHz，ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM9的系統(tǒng)主時鐘頻率為100MHz-233MHz，ARM10最高可以達(dá)到700MHz。不同芯片對時鐘的處理不同，有的芯片只需要一個主時鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時鐘控制器可以分別為ARM核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時鐘。 芯片內(nèi)儲存器的容量 大多數(shù)的ARM微處理器片內(nèi)儲存器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴儲存器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)儲存空間，如ATMEL的AT91F40162就具有高達(dá)2MB的片內(nèi)程序儲存空間，用戶在設(shè)計時可考慮選用這種類型，以簡化系統(tǒng)的設(shè)計。 片內(nèi)外圍電路的選擇 除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴展了相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協(xié)處理器等，設(shè)計者應(yīng)分析系統(tǒng)的需求，盡可能采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，這樣既可簡化系統(tǒng)的設(shè)計，同時提高系統(tǒng)的可靠性。編輯本段四 OMAP處理器 無線設(shè)備制造商，諸如諾基亞、愛立信、Palm、惠普公司及索尼等業(yè)界頂尖的設(shè)備制造商，以及諸如宏、LuckyGoldstar、HTC、Sendo及其他的主要設(shè)計制造商均宣布支持TI的OMAP處理器平臺。此外，領(lǐng)先的 OS 廠商，包含 Symbian、微軟、Sun Microsystems 及其他廠商與 TI 也進行了密切合作，已將其解決方案移植到了 TI 的OMAP處理器上。OMAP平臺通過支持Symbian OS、微軟 PocketPC 2002及Windows CE；Palm OS、Linux、Java、ARM Instruction Set 及 C/C++，為軟件應(yīng)用開發(fā)商提供了易于使用的開放式編程環(huán)境。 TI還投入大量的資金開發(fā)和拓展其OMAP開發(fā)商網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是由致力于創(chuàng)建全新應(yīng)用的國際軟件開發(fā)商所組成的社區(qū)。通過提供多種工具、培訓(xùn)以及獨立OMAP技術(shù)中心的全球網(wǎng)絡(luò)，TI使開發(fā)商和客戶能快速開發(fā)新的應(yīng)用及產(chǎn)品。 目前TI主流的應(yīng)用處理器是OMAP730。 OMAP730是集成了ARM926TEJ 應(yīng)用處理器和TI的 GSM/GPRS 數(shù)字基帶的單芯片處理器。由于集成了40個外設(shè)在單芯片中 基于OMAP730的設(shè)計只需要上代處理器一半的板級空間。此外OMAP730具有獨特的SRAM frame buffer 用于提高流媒體和應(yīng)用程序的處理性能。OMAP730處理器還提供復(fù)雜的硬件加密功能，包含加密的引導(dǎo)程序，操作的加密模式，加密的RAM和ROM，并對一些加密標(biāo)準(zhǔn)提供硬件加速。 而采用了OMAP730處理器的TCS2600則是TI現(xiàn)在推出的主流智能手機平臺，它是新的低功耗和低成本的選擇，充分利用 了TI OMAP? 平臺的優(yōu)勢實現(xiàn)了安全的移動商務(wù)、多媒體游戲與娛樂、定位服務(wù)、流媒體、更高速的 Java 處理、web 瀏覽、加強的 2D 圖形、支持高層操作系統(tǒng)以及其他眾多應(yīng)用。整個平臺的功能在53.20mm×31.25mm的印刷電路板上實現(xiàn)，和其他的具有相同特征和儲存器的方案相比擁有較低的成本。另外的一個特點就是極低的功耗，能夠極大的延長電池的使用壽命。該方案可以升級支持EDGE協(xié)議需求，面對JAVA需求，采用了對JAVA的硬件加速并集成了 USB SD/MMC/SDIO Bluetooth? 802.11 high-speed link Fast IrDA 等外設(shè)。 此外，TCS2600還提供無與倫比的安全特性，通過采用安全引導(dǎo)裝載程序、真正的硬件隨機數(shù)生成器 RNG、安全執(zhí)行與儲存環(huán)境，以及硬件加速器等來進行大量加密與單向散列算法，可防止病毒攻擊并可確保個人信息及專有軟件或儲存在移動終端中的創(chuàng)造性內(nèi)容的安全性。在靈敏性方面，TI的智能手機平臺可以方便的和TI的WLAN已及藍(lán)牙方案集成，將會為用戶提供提能各異且個性化的產(chǎn)品。 對中國的OEM廠商來講，要想在未來2.5G/3G無線市場上獲得領(lǐng)先的市場地位，選擇一個可提供整套解決方案包含無線軟件協(xié)議，數(shù)字基帶、電源管理，應(yīng)用處理器，模擬基帶，RF，嵌入式內(nèi)存和參考設(shè)計并具有優(yōu)秀集成能力的廠商至關(guān)重要。作為GSM的領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商，TI無疑在無線領(lǐng)域占據(jù)著領(lǐng)先地位。針對智能手機市場的未來發(fā)展趨勢，據(jù)IDC預(yù)計，隨著移動數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，全球高端智能手機將以每年100%以上的高速增長，在2006年左右攀升至2000萬臺。而國內(nèi)智能手機市場的發(fā)展則更為迅猛，平均年增長率為220%。通過提供業(yè)界最高性能的DSP、功耗最低的模擬組件，以及在集成電路技術(shù)領(lǐng)域最深刻的體驗，TI期待為中國智能手機市場的未來發(fā)展起到不可替代的促進作用。