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    32位嵌入式微处理器之——ARM
    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

    二、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：
    1、体积小、功耗低、低成本、高性能； 
    2、 流水线结构； 
    3、支持Thumb（16位）/ARM（32位）双指令集，能很好兼容8位/16位器件；
    4、大量使用寄存器，指令执行速度更快； 
    5、大多数数据操作都在寄存器中完成； 
    6、寻址方式灵活，执行效率高； 
    7、指令长度固定，支持条件执行； 
    8、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； 
    9、AMBA互联总线协议，可以有效地将各个IP组件粘接起来； 
    10、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； 
    11、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）：
    12、高效超标量流水线； 
    13、NEON多媒体处理引擎，加快媒体和信号处理能力； 
    14、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； 
    15、优化的一级缓存； 
    16、Thumb-2技术，性能上达到传统ARM代码的峰值水平； 
    17、二级缓存控制器，最高可配置2MB的缓存内存； 
    18、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； 
    19、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； 
    20、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。
    三、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：
    1、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。
    2、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；
    3、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；
    4、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；
    5、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；
    四、下面对ARM未来可能的发展趋势做一些分析：
    ARM将在上网本市场和Intel一争高下。尽管Intel用于上网本的ATOM处理器现在占据上网本近80%的市场份额，但是成本低廉综合性能也不弱的ARM芯片大有和Intel一较高下的实力，未来二者可能平分上网本芯片的市场份额；
    云计算时代亦是ARM的时代。云计算时代，用户可以在任意位置，使用各种移动终端获取应用服务，计算机的计算能力将不受本地硬件的限制，一台更小尺寸、更轻的上网本或者智能手机一样可以通过网络来完成我们需要的服务，这时ARM芯片的优势就体现出来了，采用ARM芯片的上网本更加省电轻巧；
    ARM和Linux紧密结合，整合软硬件解决方案，打造一整套开放平台，目前已经有多款ARM+Android组合的智能手机以及ARM+Ubuntu9.04结合的上网本上市。开放式平台是嵌入式应用的未来，ARM结合自身的生态系统优势，很有可能成为这个平台的主导者；ARM架构进军服务器市场。尽管现在ARM架构应用在服务器领域还存在一些不足，但是ARM低功耗、低成本等优点还是得到很多服务器厂商的青睐，并且2009年Dell已经推出了基于威盛Nano芯片的低功耗XS11-VX8服务器，其体积相当于一块3.5英寸的硬盘，而且在一个标准2U机箱内放置12台这样的服务器，单服务器的满载功耗在30瓦以内，并在近两年内出货5000多套类似的系统。而ARM的官方站点使用的就是基于Marvell MV78100 SOC的ARM服务器，相信ARM将来会逐步占据服务器市场的一定份额；ARM将在低端微控制器市场逐步取代传统的8位/16位单片机。ARM的Coretex-M系列是经过优化的专门针对低端控制应用的处理器核，和传统的单片机相比，它的处理能力更将而且更具针对性，并且其价格还非常低廉。
    ARM下一代处理器核向多内核架构发展，以提供更强大的运算能力。Cortex-A9处理器就有单核和多核两个架构。
    ARM内核与FPGA结合为SOPC（System On a Programmable Chip），打造更灵活的嵌入式系统硬件解决方案。FPGA灵活的硬件设计与处理器的强大软件功能有机地结合在一起，在设计具有复杂算法和控制逻辑的系统时，SOPC的优势非常明显。