各品牌ARM SoC技術(shù)比較分析

本文將介紹三個(gè)常見的ARM SoC，包含ARM7和ARM9，并試著分析與比較它們的性能。

　　ARM7族群

　　低耗電量和低成本是ARM7的優(yōu)點(diǎn)。不過(guò)，ARM7的最大執(zhí)行速率不到100 MHz，因此，在應(yīng)用上，它和8051之類的微控制器(MCU)類似，但在功能上，ARM7通常優(yōu)于MCU。

　　由于一般的MCU都是8-bit，而且不支持操作系統(tǒng)(O.S.)，所以使用MCU開發(fā)應(yīng)用產(chǎn)品的成本通常會(huì)比使用ARM7來(lái)得便宜。然而，就簡(jiǎn)單的應(yīng)用而言，ARM7也可以不需要操作系統(tǒng)，只使用純粹的韌體，照樣可以達(dá)到和MCU一樣或優(yōu)于MCU的效能。

　　TI的TMS470

　　它的CPU核心是ARM7TDMI，16/32-bit RISC。其正常模式的系統(tǒng)時(shí)脈是28 MHz、管線模式是48 MHz。內(nèi)含128K Bytes的FLASH和8K Bytes的SRAM。其它電路單元還包含：

　　零腳位鎖相回路(ZPLL)時(shí)脈模塊。

　　模擬的看門狗定時(shí)器(analog watchdog timer;AWD)。

　　實(shí)時(shí)中斷模塊(real-time interrupt;RTI)。

　　兩個(gè)”序列外圍接口”(SPI)模塊。

　　兩個(gè)”序列通訊接口”(SCI)模塊。

　　標(biāo)準(zhǔn)的”控制局域網(wǎng)絡(luò)”(control area network;CAN)控制器(SCC)。

　　第二類序列界面(C2SIa)。

　　10-bit、16個(gè)輸入信道多重緩沖”模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”(MibADC)。

　　高階定時(shí)器(high-end timer;HET)，控制16個(gè)輸出入端口(I/O)。

　　外部時(shí)脈預(yù)分頻器(external clock prescale;ECP)。

　　共49個(gè)I/O腳位，1個(gè)只能輸入的腳位。

　　TMS470的系統(tǒng)功能有：

　　地址譯碼。

　　保護(hù)內(nèi)存。

　　監(jiān)督內(nèi)存和各外圍的總線。

　　重置(reset)和取消(abort)的例外管理。

　　所有內(nèi)部中斷源的排序(prioritization)。

　　裝置的時(shí)脈控制。

　　平行的特性記號(hào)(signature)分析(PSA)：是一種自動(dòng)檢測(cè)故障的功能，可以利用多個(gè)輸入的特性記號(hào)來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)流。這個(gè)特性記號(hào)可以用來(lái)判定處理器是處于好的或壞的狀態(tài)。

　　上述的ZPLL、HET、MibADC是TMS470的特殊功能。ZPLL包含了一個(gè)PLL、一個(gè)時(shí)脈監(jiān)督(clock-monitor)電路、一個(gè)時(shí)脈致能(clock-enable)電路和一個(gè)預(yù)分頻器(預(yù)分頻值是從1~8)。ZPLL的功能是將外部的參考電壓乘以預(yù)分頻值，以獲得較高的頻率，供給TMS470內(nèi)部使用。ZPLL提供ACLK給TMS470的系統(tǒng)模塊，之后，系統(tǒng)模塊會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)脈(SYSCLK)、實(shí)時(shí)中斷時(shí)脈(RTICLK)、CPU時(shí)脈(MCLK)、外圍接口時(shí)脈(ICLK)。所謂”零腳位”是指ZPLL沒(méi)有提供外部濾波器的接腳，亦即不需要連接外部濾波器的意思。

　　許多不熟悉TI芯片的硬件工程師，經(jīng)常不知道要如何將石英振蕩器(crystal oscillator)或外部的時(shí)脈信號(hào)連接到TI芯片上。其實(shí)，TMS470內(nèi)部已經(jīng)具有一個(gè)振蕩器電路(在ZPLL內(nèi))，但若要啟動(dòng)它，外部需要連接一個(gè)4MHz~20 MHz的石英或諧振器(resonator)，并且要在OSCIN和OSCOUT腳位之間連接負(fù)載電容，如圖2(a)所示。這個(gè)負(fù)載電容的大小應(yīng)該由石英振蕩器的供貨商提供，如果施予不正確的載電容值，可能無(wú)法使TMS470正常開機(jī)和工作。

　　此外，如果不使用TMS470內(nèi)部的振蕩器，而改用外部的參考時(shí)脈或外部的振蕩器輸出信號(hào)，此時(shí)要將1.8V的時(shí)脈信號(hào)連接到OSCIN腳位，并將OSCOUT腳位保持開路的狀態(tài)，如附圖2(b)所示。當(dāng)然，不同廠牌的芯片的時(shí)脈來(lái)源之連接方式不盡相同，硬件工程師事先應(yīng)仔細(xì)查閱它們的技術(shù)手冊(cè)。

　　HET是一種先進(jìn)的智能型定時(shí)器，它為實(shí)時(shí)的應(yīng)用提供精確的計(jì)時(shí)功能。此定時(shí)器是由軟件控制的，使用精簡(jiǎn)的指令集、特殊的微電路架構(gòu)、I/O端口。它可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)比較、采集，或當(dāng)成GPIO，尤其適用于對(duì)多個(gè)傳感器(sensor)的輸入數(shù)據(jù)做比較，或輸出復(fù)雜的和精確的時(shí)間脈沖(如：PWM脈沖)來(lái)驅(qū)動(dòng)起動(dòng)器(actuator)。

　　HET的周邊具有”XOR—分享”的功能，此功能可以讓兩相鄰的HET通道被XOR在一起，和HET的標(biāo)準(zhǔn)輸出脈沖相比，這能夠輸出更小的脈沖信號(hào)。

　　為了讓使用者可以為FLASH、RAM、HET RAM尋址，TMS470有提供“內(nèi)存選擇”(memory selection)的功能。每一個(gè)“內(nèi)存選擇”具有它自己的“內(nèi)存基本地址緩存器(memory base address register)”—MFBAHRx和MFBALRx(分別是高位和低位元)，用來(lái)定義各個(gè)內(nèi)存區(qū)塊的起始(基本)地址、區(qū)塊大小和保護(hù)方式。每一個(gè)“內(nèi)存選擇”的基本地址是透過(guò)緩存器來(lái)設(shè)定的，它們應(yīng)該要符合附圖3中的映像地址之邊界值—必須是區(qū)塊大小的整數(shù)倍。圖4是TMS470的“內(nèi)存選擇”的分配情形。

　　MibADC接受一個(gè)模擬信號(hào)，并將它轉(zhuǎn)換成一個(gè)10-bit的數(shù)字信號(hào)。MibADC具有兩個(gè)模式：相容vs.緩沖模式。在兼容模式中，TMS470的“程序模型”(programmer‘s model)和TMS470的ADC模塊兼容，而且MibADC的數(shù)字輸出是儲(chǔ)存在“數(shù)字輸出緩存器”(digital result register)中;“程序模型”包含：緩存器、尋址模式(addressing mode)和中斷。兼容模式能讓ADC的程序設(shè)計(jì)工作變得比較容易，因?yàn)橹灰苯幼x取數(shù)字輸出緩存器即可取得轉(zhuǎn)換后的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。在緩沖模式中，數(shù)字元輸出緩存器被3個(gè)FIFO緩沖存儲(chǔ)器取代—分別表示不同的轉(zhuǎn)換群組(事件、群組1、群組2)。在兼容模式中，MibADC的FIFO是被“中斷服務(wù)例程(ISR)”讀取。