32位嵌入式微处理器一览_嵌入式处理器32位

 

作者：杨硕,华清远见嵌入式学院讲师。

由于嵌入式系统的专用型与定制性，与全球PC市场不同，没有一种微处理器或者微处理器公司可以主导嵌入式系统。本文分析了当前市场上主流的一些32位嵌入式微处理器的特点和应用场合，并对其未来发展做一些展望。这里只是按照体系结构分类，不涉及具体的处理器芯片。

一． ARM

ARM处理器是由英国的ARM公司设计的32位RISC处理器。

毫无疑问，ARM芯片是嵌入式微处理器中的佼佼者，是很多数字电子产品的核心。如今95%的手机里面的核心处理器使用的都是ARM芯片，而ARM在整个手持市场上占有90%以上的份额，这是一个惊人的比例。

ARM公司的商业模式：

ARM公司的成功除了其卓越的芯片设计技术以外，还源于其创新的商业模式：提供技术许可的知识产权，而不是制造和销售实际的半导体芯片。ARM将其芯片设计技术（内核、体系扩展、微处理器和系统芯片方案）授权给Intel，Samsung，TI，高通（Qualcomm），意法半导体等半导体制造商，这些厂商拿到ARM内核以后，再设计外围的各种控制器，和ARM核整合成一块SOC芯片，也就是我们看到的市面上的各种芯片，作为用户，我们也许不知道我们使用的是ARM芯片，但是我们可能天天都在感受着ARM芯片带给我们的智能体验。

图1-1 ARM的业务模型

ARM公司正是因为没有自己生产芯片，从而省去了IC制造的巨额成本，因此可以专注于处理器内核设计本身，ARM处理器内核不但性能卓越而且升级速度很快，以适应市场的变化。

由于所有的ARM芯片都采用一个通用的处理器架构，所以相同的软件可以在所有产品中运行，这正是ARM最大的优势，采用ARM芯片无疑可以有效缩短应用程序开发的与测试的时间，也降低了研发费用。

ARM生态产业链：

ARM公司通过出售芯片技术授权，建立起新型的微处理器设计、生产和销售商业模式。围绕着芯片设计产业，ARM公司整合了上下游的资源，逐渐形成了一条完整的生态产业链。ARM的合作伙伴包括半导体制造商，开发工具商，应用软件设计商以及培训商等。ARM公司统一了芯片设计的标准，芯片制造商生产的芯片符合统一的接口，为以后的开发提供了很大的方便；工具商专门开发基于ARM芯片的仿真器和开发工具；应用软件设计商开发基于ARM芯片的应用程序，培训商则提供与ARM相关的培训服务。

这样的一套完整的产业链使得ARM芯片的开放性和通用性都很好，很多公司开发嵌入式产品都倾向于选择ARM的芯片，因为软硬件开发都有比较成熟的方案，相关的人才也比较多，可以缩短开发的周期，使得产品能够尽快上市。而作为个人如果想学习嵌入式开发，ARM芯片也是首选的学习对象，相关的学习资料和开发工具都有很多。

目前全球已有超过700家的软硬件系统公司加入了ARM Connected Community，其中中国本土公司的成长很快，目前已经有超过70家加入了ARM生态伙伴系统。

下图为以ARM公司为核心的生态产业链，这个产业链还在不断壮大：

图1-2 以ARM为核心的生态系统

ARM处理器核的技术特点：

采用RISC架构的ARM微处理器一般有如下特点：
        ●    体积小、功耗低、低成本、高性能；
        ●    流水线结构；
        ●    支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好兼容8位/16位器件；
        ●    大量使用寄存器，指令执行速度更快；
        ●    大多数数据操作都在寄存器中完成；
        ●    寻址方式灵活，执行效率高；
        ●    指令长度固定，支持条件执行；
        ●    具有桶形移位器（barrel shifter），可以提高数学逻辑运算速度，不过也增加了硬件的复杂性，会占用更多的芯片面积；
        ●    AMBA互联总线协议，可以有效地将各个IP组件粘接起来；
        ●    ARM的大部分设计都采用RISC思想，当然它也综合一些CISC的设计理念以达到最佳地性能，所以ARM不是纯粹的RISC架构；

ARM微处理器最新的一些技术特点（以最新的Cortex-A9处理器核为例）：
        ●    高效超标量流水线；
        ●    NEON多媒体处理引擎，加快媒体和信号处理能力；
        ●    浮点运算单元，显著提高了单精度和双精度标量浮点运算的速度；
        ●    优化的一级缓存；
        ●    Thumb-2技术，性能上达到传统ARM代码的峰值水平；
        ●    二级缓存控制器，最高可配置2MB的缓存内存；
        ●    先进的取指及分支预测技术，避免因访问指令的延时而影响跳转指令的执行；
        ●    最多支持四条指令Cache Line预取挂起，进一步减少了内存延时的影响，从而促进指令的顺利传输；
        ●    每个周期内可连续将两到四条指令发送到指令解码，确保充分利用超标量流水线性能；

图1-3 Cortex-A9 架构及单核接口

总而言之：ARM处理器最大的优势就在于体积小、功耗低、价格低廉，并且还能提供相当高的性能，确实是众多嵌入式设备的首选。

ARM处理器的主要应用领域：

下面是ARM处理器的主要应用领域：
        ●    工业控制领域：基于ARM核的微控制器芯片不但占据了高端微控制器的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应用领域扩展，Cortex-M系列就是ARM公司推出的典型低功耗、高性价比32位工控微控制器，向传统的8位/16位微控制器提出了挑战；
        ●    无线通讯领域：目前大部分无线通讯设备采用了ARM技术，ARM以其高性价比和低成本，在该领域的地位日益巩固；
        ●    网络应用：随着宽带技术的推广，采用ARM技术的ADSL芯片正逐步获得竞争优势，此外，ARM在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛支持，这也对DSP的应用领域提出了挑战；
        ●    消费类电子产品：ARM技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒和游戏机中得到了广泛采用；
        ●    成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用ARM技术，手机中的32位SIM智能卡也采用了ARM技术；

ARM未来可能的发展趋势：</