論ARM嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)與發(fā)展

摘 要:在當(dāng)前數(shù)字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC(Post－PC)時(shí)代，本文概括了ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域及其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并預(yù)測(cè)ARM技術(shù)發(fā)展的前景。

關(guān)鍵詞:嵌入式系統(tǒng)ARM微處理器

中圖分類號(hào):TP31文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-3791(2010)06(b)-0030-01

1 嵌入式系統(tǒng)

嵌入式系統(tǒng)是指嵌入式計(jì)算機(jī)(Embedded Computer)及其應(yīng)用系統(tǒng)，是指嵌入于各種設(shè)備及應(yīng)用產(chǎn)品內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它主要完成信號(hào)控制的功能，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，可作為一個(gè)部件埋藏于所控制的裝置中，它提供用戶接口、管理有關(guān)信息的輸入輸出、監(jiān)控設(shè)備工作，使設(shè)備及應(yīng)用系統(tǒng)有較高智能和性價(jià)比。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，最早出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代武器控制中，后來用于軍事指揮控制和通信系統(tǒng)，現(xiàn)在廣泛用于民用機(jī)電一體化產(chǎn)品中。

嵌入式系統(tǒng)是一種包括硬件和軟件的完整的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，但又跟通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同。嵌入式系統(tǒng)所用的計(jì)算機(jī)是嵌入到被控對(duì)象中的專用微處理器，但是功能比通用計(jì)算機(jī)專門化，具有通用計(jì)算機(jī)所不能具備的針對(duì)某個(gè)方面特別設(shè)計(jì)的、合適的運(yùn)算速度、高可靠性和較低比較成本的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

2 ARM嵌入式系統(tǒng)

2.1 ARM處理器核系列及應(yīng)用

ARM7系列:包括ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、帶有高速緩存處理器宏單元的ARM720T和擴(kuò)充了Iazelle 的ARM7EJ-S。該系列廣泛應(yīng)用于多媒體和嵌入式設(shè)備，包括Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備以及移動(dòng)電話、PDA等無線設(shè)備。

ARM9系列:包括ARM9TDMI、ARM920T和帶有高速緩存處理器宏單元的ARM940T。該系列主要應(yīng)用于引擎管理、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、PDA、網(wǎng)絡(luò)電腦以及帶有MP3音頻和MPEG4視頻多媒體格式的智能電話中。

ARM9E系列:為綜合處理器，包括ARM926EJ-S、帶有高速緩存處理宏單元的ARM966E-S/ARM946E-S。該系列強(qiáng)化了數(shù)字信號(hào)處理功能，可應(yīng)用于需要DSP與微控制器結(jié)合使用的情況，將Thumb技術(shù)和DSP都擴(kuò)展到ARM指令集中，并具有EmbeddedICE-RT邏輯，更好地適應(yīng)了實(shí)時(shí)系統(tǒng)的開發(fā)需要。

ARM10系列:包括ARM1020E和ARM1020E微處理器核。其核心在于使用向量浮點(diǎn)(VFP)單元VFP10提供高性能的浮點(diǎn)解決方案，從而極大地提高了處理器的整型和浮點(diǎn)運(yùn)算性能，為用戶界面的2D和3D圖形引擎應(yīng)用夯實(shí)基礎(chǔ)，如視頻游戲機(jī)和高性能打印機(jī)等。

SecurCore系列:包括SC100、SC110、SC200和SC210處理器核。該系列主要針對(duì)新興的安全市場(chǎng)，以一種全新的安全處理器設(shè)計(jì)為智能卡和其他安全I(xiàn)C開發(fā)提供獨(dú)特的32位系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并具有特定的反偽造方法，從而有助于防止對(duì)硬件和軟件的盜版。

StrongARM系列:StrongARM處理器將Intel處理器技術(shù)和ARM體系結(jié)構(gòu)融為一體，致力于為手提式通信和消費(fèi)電子類設(shè)備提供理想的解決方案。

Xscale系列:提供全性能、高性價(jià)比和低功耗的解決方案，支持16位Thumb指令和DSP指令。

2.2 ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)

ARM微處理器在較新的體系結(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(zhǎng)度，Thumb指令為16位長(zhǎng)度。Thumb指令集為ARM指令集的功能子集，但與等價(jià)的ARM代碼相比較，可節(jié)省30％-40％以上的存儲(chǔ)空間，同時(shí)具備32位代碼的所有優(yōu)點(diǎn)。

2.3 ARM嵌入式系統(tǒng)開發(fā)工具及調(diào)試方法

目前常見的調(diào)試方法有以下幾種。

(1)指令集模擬器

部分集成開發(fā)環(huán)境提供了指令集模擬器，可方便用戶在PC機(jī)上完成一部分簡(jiǎn)單的調(diào)試工作，但是由于指令集模擬器與真實(shí)的硬件環(huán)境相差很大，因此即使用戶使用指令集模擬器調(diào)試通過的程序也有可能無法在真實(shí)的硬件環(huán)境下運(yùn)行，用戶最終必須在硬件平臺(tái)上完成整個(gè)應(yīng)用的開發(fā)。

(2)駐留監(jiān)控軟件

駐留監(jiān)控軟件(Resident Monitors)是一段運(yùn)行在目標(biāo)板上的程序，集成開發(fā)環(huán)境中的調(diào)試軟件通過以太網(wǎng)口、并行端口、串行端口等通訊端口與駐留監(jiān)控軟件進(jìn)行交互，由調(diào)試軟件發(fā)布命令通知駐留監(jiān)控軟件控制程序的執(zhí)行、讀寫存儲(chǔ)器、讀寫寄存器、設(shè)置斷點(diǎn)等。

駐留監(jiān)控軟件的不便之處在于它對(duì)硬件設(shè)備的要求比較高，一般在硬件穩(wěn)定之后才能進(jìn)行應(yīng)用軟件的開發(fā)，同時(shí)它占用目標(biāo)板上的一部分資源，而且不能對(duì)程序的全速運(yùn)行進(jìn)行完全仿真，所以對(duì)一些要求嚴(yán)格的情況不是很適合。

(3)JTAG仿真器

JTAG仿真器也稱為JTAG調(diào)試器，是通過ARM芯片的JTAG邊界掃描口進(jìn)行調(diào)試的設(shè)備。JTAG仿真器比較便宜，連接比較方便，通過現(xiàn)有的JTAG邊界掃描口與 ARM CPU 核通信，屬于完全非插入式(即不使用片上資源)調(diào)試，它無需目標(biāo)存儲(chǔ)器，不占用目標(biāo)系統(tǒng)的任何端口，而這些是駐留監(jiān)控軟件所必需的。另外，由于JTAG調(diào)試的目標(biāo)程序是在目標(biāo)板上執(zhí)行，仿真更接近于目標(biāo)硬件，因此，許多接口問題，如高頻操作限制、AC和DC參數(shù)不匹配，電線長(zhǎng)度的限制等被最小化了。

3 嵌入式系統(tǒng)的信息產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

現(xiàn)在，嵌入式技術(shù)無處不在，ARM幾乎成為嵌入式技術(shù)的代名詞。市場(chǎng)需求為嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展注入巨大推動(dòng)力。嵌入式系統(tǒng)的市場(chǎng)是巨大的，市場(chǎng)需求是嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的巨大推動(dòng)力。2003年，全球嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品的產(chǎn)值已達(dá)2000億美元，估計(jì)全世界嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品潛在的市場(chǎng)將超過1萬(wàn)億美元。世界范圍內(nèi)嵌入式系統(tǒng)帶來的工業(yè)年產(chǎn)值已超過了1萬(wàn)億美元。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展及系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平的提高，ARM技術(shù)將會(huì)不斷的變化和進(jìn)步，ARM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)再次擴(kuò)大，ARM技術(shù)帶來的工業(yè)產(chǎn)值將會(huì)劇增，ARM技術(shù)產(chǎn)品的市場(chǎng)前景更加美好。總之，ARM技術(shù)的不斷創(chuàng)新會(huì)給人類社會(huì)生活帶來奇跡和享受。

參考文獻(xiàn) 

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[3]鄭文波，曹金安.嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展——市場(chǎng)、技術(shù)與前景[J].自動(dòng)化博覽，2005，(1):17.