嵌入式Linux 系统开发技术入门详解连载2- ARM处理器C

2.3 典型 ARM处理器简介

2.3.1 Atmel AT91RM9200

Atmel公司的32 位RISCC处理器AT91RM9200是基于ARM Thumb 的ARM920T（核）

微控制器，时钟频率为180MHz，运算速度可以达到200MIPS。带有全性能的MMU，支持

SDRAM、静态存储器、Burst Flash、CompactFals、SmartMedia 以及NAND Flash，具有高性

能、低功耗、低成本、小体积等优点。AT91RM9200微处理器是一个多用途的通用芯片，它

内部集成了微处理器和常用外围组件，具有更高性价比的特点，可以为工控领域嵌入式系统

提供优秀的解决方案。

AT91RM9200具有以下的丰富片上资源。

（1）16KB数据Cache，16KB指令Cache；

（2）虚拟内存管理单元MMU；

（3）带有Debug调试的在片Emulator；

（4）Mid-level Implementation Embedded Trace Macrocell；

（5）16KB的内部SRAM 和128KB的内部ROM；

（6）带有外部总线接口（EBI），方便用户进行扩展升级；

（7）支持SDRAM、SRAM、Burst Flash和CompactFlash、SmartMedia and NAND Flash

的无缝连接；

（8）增强型的时钟产生器和电源管理单元；

（9）带有2个PLL的2 个在片振荡器；

（10）慢速的时钟操作模式和软件电源优化能力；

（11）4 个可编程的外部时钟信号；

（12）包括周期性中断、看门狗和第二计数器的系统定时器；

（13）带有报警中断的实时时钟；

（14）带有8个优先级、可单个屏蔽中断源、Spurious 中断保护的先进中断控制器；

（15）7 个外部中断源和1 个快速中断源；

（16）4 个32 位的PIO 控制器，可以达到122 个可编程I/O 引脚（每个都有输入控制、

可中断及开路的输出能力）；

（17）20 通道的外部数据控制器（DMA）；

（18）10/100M的以太网接口；

（19）2 个全速的USB 2.0主接口和一个从口；

（20）4 个UART；

（21）3 通道16 位的定时/计数器（TC）；

（22）两线接口（TWI）；

（23）IEEE 1149.1 JTAG 标准扫描接口。

2.3.2 Samsung S3C2410

S3C2410是著名的半导体公司Samsung推出的一款32 位RISC处理器，为手持设备和一

般类型的应用提供了低价格、低功耗、高性能微控制器的解决方案。S3C2410 的内核基于

ARM920T，带有MMU（Memory Management Unit）功能，采用0.18mm工艺，其主频可达

203MHz，适合于对成本和功耗敏感的需求，同时它还采用了AMBA（Advanced Microcontroller

Bus Architecture）的新型总线结构，实现了MMU、AMBA BUS、Harvard的高速缓冲体

系结构，同时支持Thumb16 位压缩指令集，从而能以较小的存储空间需求，获得32 位的系

统性能。

其片上功能如下。

（1）内核工作电压为1.8/2.0V、存储器供电电压3.3V、外部I/O 设备的供电电压3.3V；

（2）16KB的指令Cache和16KB的数据Cache；

（3）LCD 控制器，最大可支持4K 色STN 和256 色TFT；

（4）4 通道的DMA请求；

（5）3 通道的UART（IrDA1.0、16 字节TxFIFO、16 字节RxFIFO），2 通道的SPI接口；

（6）2 通道的USB（Host/Slave）；

（7）4 路PWM和1 个内部时钟控制器；

（8）117 个通用I/O，24 路外部中断；

（9）272Pin FBGA封装；

（10）16 位的看门狗定时器；

（11）1 通道的IIC/IIS控制器；

（12）带有PLL片上时钟发生器。

S3C2410 ARM 处理器支持大/小端模式存储字数据，其寻址空间可达1GB，每个Bank

为128MB，对于外部I/O 设备的数据宽度，可以是8/16/32 位，所有的存储器Bank（共有8

个）都具有可编程的操作周期，而且支持各种ROM引导方式（NOR/NAND Flash、EEPROM

等），其结构框图如图2.1 所示。

图2.1 S3C2410结构框图

2.3.3 TI OMAP1510/1610系列

TI 在1998 年推出了可扩展的开放式OMAP处理器平台，OMAP平台提供了语音、数据和多媒体所需的带宽和功能，可以极低的功耗为高端2.5G 和3G 无线设备提供较高的性能。TI 的OMAP 处理器支持所有类似的高级操作系统，无需任何新的编程技能便可提供无缝访问其高性能DSP 算法的能力。TI 还提供了OMAP 解决方案，将无线调制解调器与专用应用处理器完美地组合在单个芯片上。TI在提供全球范围的技术支持的同时，还提供了可降低系统成本的高度集成的解决方案。

OMAP（开放式多媒体应用平台）是TI公司针对无线市场推出的一系列针对便携设备的多媒体处理器，但其应用并不限于手机。OMAP 系列处理器一般具有双核（DSP 和ARM）架构，这种低功耗的OMAP架构把用于语音的DSP信号处理功能与RISC处理器的通用系统性能融合在了一起，设计了开放式软件架构，以鼓励开发语音引擎、语音应用和多媒体等应用，包括语音识别器和原型应用等开发支持，可帮助开发商快速建立其自己的产品并缩短产品上市时间。除具有“性能/功耗比”上的优势之外，OMAP系列处理器还提供丰富的外围接口，支持几乎所有流行的有线和无线接口标准。

按功能应用来区分，TI的OMAP处理器主要分为两类，如表2.3所示。

表2.3    OMAP系列分类

OMAP1510是一颗双核心的基于2.5G/3G手持设备和PDA产品应用的多媒体应用芯片，

这种芯片包括了完整的视频流媒体处理功能、音频解码功能、移动通信协议的，面向OEM/ODM客户的产品。该芯片由2 部分构成：TMS320C55x DSP芯片和扩展型的ARM925芯片。其中ARM925 芯片负责控制部分的功能、操作系统的用户界面接口支持。而TMS320C55x则负责安全性、多媒体和语音方面的处理。这种独特的双核心架构把高性能低功耗的DSP核与控制功能很强的ARM处理器结合起来，具有集成度高、硬件可靠性和稳定性好、速度快、数据处理能力强、功耗低、开放性好等优点。

为了适应3G 的应用发展，TI 又推出了新的应用处理器OMAP1610/1611/1612 系列。新的OMAP处理器对安全应用、Java、多媒体和图形处理均采用了硬件加速器，并且还预留了802.11a/b/g接口。OMAP161X 系列的处理器主要具有以下特点。

1．低功耗、高性能CMOS技术

• · 采用低电压工作模式，内核1.1～1.5V，I/O1.8～3V。
• · 静态消耗电流小于120μA。
• · 优化了时钟和电源管理，只需要13MHz和32kHz的两个时钟。
• · 0.13mm工艺技术。
• · 12mm´12mm BGA封装。

2．TMS320C55xDSP核

• · 最高工作频率可达204MHz。
• · 带有片内32K´16 位的双口RAM（DARAM）（64KB）。
• · 48K´16 位的片内RAM（SARAM）（96KB）。
• · 24KB的指令cache。
• · 每时钟周期执行单/双指令。

3．ARM926TEJ 核

• · 最高204MHz的工作频率，采用ARM926TEJ V5 版本架构。
• · 16KB的指令Cache，8KB的数据Cache。
• · 采用了Java 加速器。
• · 支持 32 位和16 位（Thumb）指令结构。
• · MMU功能。
• · 最高204MHz的工作频率，采用ARM926TEJ V5 版本架构。
• · 16KB的指令Cache，8KB的数据Cache。
• · 采用了Java 加速器。
• · 支持 32 位和16 位（Thumb）指令结构。

图2.2 OMAP1610结构框图

2.3.4 Freescale i.Max21

作为无线应用半导体领域的领导者，飞思卡尔半导体（其前身属于摩托罗拉半导体公司）开发了i.MX系列处理器，其i.MX 系列嵌入式应用处理器采用了ARM内核，主流应用处理器i.MAX21（第二代的龙珠芯片）在多媒体和安全性能、并行处理能力等方面都有不错的表现。i.MX21 可支持实时MPEG4 和H.263 编解码，最高可每秒传输30 帧CIF或QVGA图像。另外，i.MX21还支持Mobile Java 3D和OpenGL-ES等先进的图型软件标准，以及Superscape、HI Corp和Fathammer 3D 软件引擎。可用于智能电话、无线个人数字助理（PDA）和许多其他移动产品。i.MX 应用处理器的组件数量少，电池寿命长，并且性能出众，方便开发出功能更加齐全（例如数字图像捕捉、文件共享、无线连接和多媒体娱乐）、经济更高效的支持无线的手持设备。开发商采用这些平台可以开发出从以语音为主的2G 手机到具有丰富功能和特色的3G 手机，进而保持了开发商产品开发的延续性，并能很容易地实现开发平台的转换。

i.Max21 主要具有如下特性。

• · 集成 ARM926内核。
• · 16KB的指令Cache和16KB的数据Cache。
• · 采用Smart Speed Switch技术，可实现数据的并行处理，增加数据的吞吐量。
• · 16/18 位的彩色LCD 控制器，支持SVGA。
• · USB On-the-Go，2通道的USB Host。
• · 支持实时MPEG4和H.263 编解码，最高可每秒传输30 帧CIF或QVGA图像。

图2.3 i.Max21结构框图

2.3.5 Intel Xscale PXA系列

Intel 的PXA 处理器最早被称为XScale 处理器。XScale 也是ARM 处理器的一种衍生，不过它在架构扩展的基础上保留了对以往软件的向下兼容性。Intel目前开发的基于ARM核的处理器有2 个系列。

• · StrongARM-StrongARM SA1100；
• · 基于Xscale架构的ARM处理器Xscale PXA系列。

Xscale 是一款功耗低、伸缩度高的产品，并且其最大的优势就是核心频率可以高速的提升。此外，Xscale 整合了以往其他ARM 处理器所不会去整合的多媒体指令集——WirelessMMX，这种指令集类似桌面处理器的多媒体指令集，是一种64bit的精简指令，这种指令集可以大大地优化视频播放、3D图像显示、音频处理等应用，同时这种指令集也会大大降低程序开发者的开发难度，从而加快开发进度。基于Xscale架构的ARM处理器，Intel到目前为止一共开发3 个系列的处理器。

• · PXA25x 系列；
• · PXA26x 系列；
• · PXA27x 系列。

这其中PXA25x 是最早一代的产品，一经推出就获得了很大的成功，其工作频率可以为200、300、400MHz，使用了较新的0.18mm 工艺制程、内含32KB 的指令缓存，32KB 数据缓存以及多媒体流数据专用2KB缓存；最高支持256MB的内存、包含双通道PCMCIA、CF卡控制器、MMC/SD 控制器；包含LCD 显示控制器、AC97 音频、USB 接口、红外接口、蓝牙接口；芯片采用256Pin的PBGA封装。PXA27x系列处理器主要有3个成员：PXA270、

PXA271、PXA272。每个成员中都有312MHz、416MHz、520MHz、624MHz 这几种CPU主频的产品。其中，PXA271 内部集成了32MB的Nor Flash（16bit数据线）和32MB的SDRAM（16bit数据线）资源；PXA272 内部集成了64MB的Nor Flash（32bit数据线），这是很多ARM处理器所不具备的。

PXA270是Intel继PXA250/PXA255/PXA260之后，于2004年4月发布的最新款XScale处理器家族的升级产品，最高主频达624MHz。该款芯片把X86架构奔腾4系列上的多媒体扩展功能引入了Xscale芯片组的产品线中，用户通过这个无线多媒体扩展技术（MMX）可以在掌上设备上播放高质量的视频和运行三维游戏。同时PXA270 还加入了IntelSpeedStep动态电源管理技术，在保证CPU性能的情况下，能够最大限度地降低移动设备的功耗，广泛应用在高端PDA，智能手机，网络路由器、无线通信和控制系统等嵌入式系统开发。

PXA270 内置了Intel 的无线MMX 技术，显著提高了多媒体性能，312MHz 的CPU（PXA270 系列中最低钟频的产品）将达到520MHz ARM CPU的多媒体处理效能，而主频达到624MHz，Intel 公司同时还发表了配合PXA270 使用的图形协处理器——2700G 多媒体加速器；这颗芯片可以以每秒30帧的速度播放MPEG4或WMV的图像，使PXA270 的多媒体性能达到极大提升。

图2.4 PXA270内部结构框图