手機(jī)處理器歷史

說(shuō)起手機(jī)CPU的歷史，向大家提一個(gè)問(wèn)題：“世界上第一款智能手機(jī)是什么呢?”相信很多人的答案是愛立信的R380或諾基亞的7650，但都不對(duì)，真正的首款智能手機(jī)是由摩托羅拉在2000年生產(chǎn)的名為天拓A6188的手機(jī)，它是全球第一部具有觸摸屏的PDA手機(jī)，它同時(shí)也是第一部中文手寫識(shí)別輸入的手機(jī)，但最重要的是A6188采用了摩托羅拉公司自主研發(fā)的龍珠(Dragon ball EZ)16MHz CPU，支持WAP1.1無(wú)線上網(wǎng)，采用了PPSM (Personal Portable Systems Manager)操作系統(tǒng)。

龍珠(Dragon ball EZ)16MHz CPU也成為了第一款在智能手機(jī)上運(yùn)用的處理器，雖然只有16MHz，但它為以后的智能手機(jī)處理器奠定了基礎(chǔ)，有著里程碑的意義。而之所以大家都認(rèn)為諾基亞7650是第一款智能手機(jī)，是因?yàn)槠溆绊懥σ彩欠浅＞薮螅绕湓谌喾劢z心中的地位無(wú)可取代，它是世界上首部2.5G基于Symbian OS操作系統(tǒng)的智能手機(jī)，并首次將攝像功能置于其身，該機(jī)采用了ARM的處理器，主頻為104 MHz，在那個(gè)年代運(yùn)行速度可謂是飛快啊，此后諾基亞的主要智能機(jī)型也一直沿用ARM的處理器。

從第一款智能手機(jī)面世，手機(jī)CPU已經(jīng)在風(fēng)風(fēng)雨雨中做過(guò)了近十個(gè)年頭，主頻也從當(dāng)初的16MHz上升到如今的3GHz乃至更高，CPU的種類也更加多元化，像Intel Xscale 、ARM、TI OMAP、高通、Marvell，英偉達(dá)，都是其中的佼佼者，下面將詳細(xì)介紹各類型CPU并說(shuō)明它們之間的區(qū)別。

德州儀器(Texas Instruments)在手機(jī)CPU市場(chǎng)中的地位就如同手機(jī)市場(chǎng)中的諾基亞，當(dāng)之無(wú)愧的大哥級(jí)。旗下的OMAP系列處理器一直是諾基亞、多普達(dá)和Palm的御用CPU，能夠兼容Linux、Windows CE、Palm、Symbian S60這些主流操作系統(tǒng)。從最初的主頻為132的OMAP710到如今主頻為800MHz集成 ARMCortex-A8的OMAP3430型處理器，以及即將投產(chǎn)的1GHz處理器，德州儀器一直走在手機(jī)CPU發(fā)展的前列。

說(shuō)起Intel，大家都不會(huì)陌生，從我們認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)開始就對(duì)Intel耳熟能詳，與在計(jì)算機(jī)業(yè)的如日中天不同，在手機(jī)CPU市場(chǎng)始終達(dá)不到巔峰，而且一路走來(lái)還是磕磕絆絆。從Intel的第一款PXA210上市，以其高主頻、對(duì)3D效果很好的處理，贏得了不少?gòu)S商的青睞，而此后的產(chǎn)品在主頻和處理能力上也一直提升，但由于Intel的芯片做工較高，相應(yīng)的價(jià)格也比同期產(chǎn)品要高很多，耗電量也更大，所以市場(chǎng)反應(yīng)也并不好，只在摩托羅拉和多普達(dá)的高端機(jī)器中才能見到PXA系列的身影，之后Intel發(fā)布了主頻為624MHz的PXA272，在當(dāng)時(shí)為最高主頻的手機(jī)CPU，隨即得到了更大廠商和用戶的關(guān)注，在市場(chǎng)前景一片大好的時(shí)候，Intel卻出人意料的將Xscale賣給了Marvell。這就是筆者為什么把Intel、Marvell放在一起介紹的原因，在收購(gòu)?fù)戤吅?/span>Marvell推出了PXA 3XX系列，在很多著名的機(jī)型上都有使用，例如三星I908等。

在1985年7月，7個(gè)行業(yè)資深高管聚集到了Irwin Jacobs博士圣地亞哥的家討論一個(gè)想法。這些夢(mèng)想家們—Franklin Antonio、Adelia Coffman、Andrew Cohen、Klein Gilhousen、Irwin Jacobs、Andrew Viterbi和Harvey White—決定他們想要構(gòu)建“高質(zhì)量通信”并制定了一個(gè)計(jì)劃，這個(gè)計(jì)劃最后演變?yōu)橥ㄐ判袠I(yè)最偉大的創(chuàng)業(yè)成功故事之一：高通公司。高通從名字看來(lái)并不像德州儀器、Intel那么響亮，可在智能手機(jī)玩家中，高通收到青睞的程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩者。高通公司的手機(jī)芯片組主要包括Mobile Station Modems(MSM芯片組)、單芯片(QSC)以及Snapdragon平臺(tái)。能夠兼容各種智能系統(tǒng)，我們?cè)诟鲝S商的主流智能手機(jī)中都能發(fā)現(xiàn)其身影，高通CPU的特點(diǎn)是性能表現(xiàn)出色，多媒體解析能力強(qiáng)，能根據(jù)不同定位的手機(jī)，推出為經(jīng)濟(jì)型、多媒體性、增強(qiáng)型和融合型四種不同的芯片。同時(shí)高通的CPU芯片是首個(gè)能夠兼容Android系統(tǒng)的，所以一下占據(jù)了Android手機(jī)CPU的半壁江山，Android是未來(lái)智能系統(tǒng)的大勢(shì)所趨，高通就如同給這準(zhǔn)備騰飛的Android加上了翅膀，前景一片光明。

CPU的市場(chǎng)雖然暫時(shí)是TI、Intel、高通的三國(guó)爭(zhēng)霸，但也不乏新生力量的漸出，這其中就包括飛思卡爾、三星，還有PC顯卡新品的老牌廠商NVIDIA。

三星向來(lái)很“滑頭”，默默提高著手機(jī)CPU的制造能力，但從來(lái)不在自己的主流機(jī)型中運(yùn)用，大概還對(duì)自己的實(shí)力不太自信吧，所以我們能見到的三星CPU多出現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)品牌以及山寨機(jī)型中，但未來(lái)的三星CPU實(shí)力不可小視，他們與NVIDIA合作推出Tegra平臺(tái)，三星自身的高效處理性及NVIDIA對(duì)多媒體性能的處理將完美的結(jié)合在一起，由此也看出三星對(duì)于手機(jī)CPU市場(chǎng)的重視。

與三星合作的NVIDIA一樣不可小視，在PC顯卡芯片上NVIDIA一直是所有發(fā)燒友們的不二選擇，強(qiáng)大的多媒體解析能力給了NVIDIA在手機(jī)方面有更大的空間，因?yàn)槿缃竦氖謾C(jī)系統(tǒng)已經(jīng)越來(lái)越重視對(duì)多媒體的表現(xiàn)能力，這時(shí)NVIDIA的介入必將給手機(jī)多媒體能力帶來(lái)質(zhì)的的飛躍。

如今的手機(jī)對(duì)視頻最高處理能力是4K[1] ，今后很可能就是8K乃至更高。最近包括德州儀器、Intel等都最出了主頻高達(dá)1GHz的CPU，在搭載高通生產(chǎn)主頻為1GHz的TG01上市后，高通還要發(fā)布主頻為1.3GHz的QSD8650A芯片組，在未來(lái)CPU的主頻將會(huì)越來(lái)越高，兼容能力和運(yùn)行能力也會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，搭配的功能也將會(huì)更多。高通、TI、ARM的負(fù)責(zé)人都曾公開表示，手機(jī)CPU的未來(lái)潛力將比PC端更要大，簡(jiǎn)單的雙核是不能滿足手機(jī)功能的，只有更高更強(qiáng)才符合所有手機(jī)用戶的需要。

Xscale

Intel的XScale處理器主要用于掌上電腦等便攜設(shè)備，它是Intel公司始于ARM v5TE處理器發(fā)展的產(chǎn)品，在架構(gòu)擴(kuò)展的基礎(chǔ)上同時(shí)也保留了對(duì)于以往產(chǎn)品的向下兼容，因此獲得了廣泛的應(yīng)用。相比于ARM處理器，XScale功耗更低，系統(tǒng)伸縮性更好，同時(shí)核心頻率也得到提高，達(dá)到了400Mhz甚至更高。這種處理器還支持高效通訊指令，可以和同樣架構(gòu)處理器之間達(dá)到高速傳輸。其中一個(gè)主要的擴(kuò)展就是無(wú)線MMX，這是一種64位的SIMD指令集，在新款的 Xscale處理器中集成有SIMD協(xié)處理器。這些指令集可以有效的加快視頻、3D圖像、音頻以及其他SIMD傳統(tǒng)元素處理。

系列

應(yīng)用程式處理器(Application Processor)PXA系列

目前的系列：PXA210(代號(hào)Sabinal)/PXA25x(代號(hào)Cotulla), PXA26x 與 PXA27x(代號(hào)Bulverde)

2006年7月，Intel宣布將PXA系列的處理器部門，包含PXA2XX及PXA9XX(代號(hào):Hermon)賣給Marvell公司。

PXA270為Intel針對(duì)手持系統(tǒng)推出的SOC，目前最高支援的頻率是624MHz。

預(yù)計(jì)2009年EOL

PXA3xx(Monahans)

2005年8月，Intel發(fā)布了PXA27X的下一代產(chǎn)品，代號(hào)為Monahans的CPU。

2006年11月，Marvell公司發(fā)表了PXA310,PXA320,PXA330.

行動(dòng)電話處理器

PXA800F Processor

控制平臺(tái)處理器(Control Plane Processors) IXC系列

IXC1100

I/O處理器(I/O Processors) IOP系列

目前有IOP303, IOP310, IOP321, IOP331, IOP332與IOP333。工作頻率自100MHz到800MHz。

網(wǎng)路處理器(Network Processors) IXP系列

IXP產(chǎn)品線主要用來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)路設(shè)備以及工業(yè)控制用機(jī)器。主要應(yīng)用有IP電話、網(wǎng)路交換機(jī)(switch)、無(wú)線網(wǎng)路產(chǎn)品(wireless AP)以及數(shù)字媒體播放器(Digital Media Player)。目前有下列產(chǎn)品:

IXP420, IXP421, IXP422, IXP423, IXP425

IXP455, IXP460 與IXP465。

IXP1200, IXP2350, IXP2325, IXP2400

IXP2805, IXP2855

CE系列

2007年4月,Intel發(fā)表了一款速度高達(dá)1GHz的Xscale核心的多媒體處理器CE2110

其他系列

另外有兩種單獨(dú)設(shè)計(jì)的CPU:80200與80219，主要用途是一些需要PCI介面的產(chǎn)品應(yīng)用，多半用途為NAS(網(wǎng)路儲(chǔ)存設(shè)備)。

外部連結(jié)

Intel XScale 技術(shù)概觀

Intel StrataFlash Memory

RIM采用英特爾Hermon晶片

贏家或輸家 英特爾/Marvell交易解析

Intel PXA272

General Windows Mobile (Pocket PC and Smartphone) General Windows Mobile discussion (not device or brand specific)

PXA272 是 CPU + NOR Flash 包成一顆

只不過(guò)有內(nèi)建記憶體的都會(huì)比沒(méi)內(nèi)建的慢一點(diǎn)

PXA272 因?yàn)橛洃涹w內(nèi)建了所以可以省 PCB 板的面積，但還是得外掛 SDRAM，但沒(méi)想到他出來(lái)時(shí)記憶體商有新的技術(shù)是把 FLASH + SDRAM 包成一顆記憶體的，所以用 PXA272 的好處沒(méi)啦!因?yàn)椴还茉鯓佣歼€是得外掛記憶體。且他是內(nèi)建 NOR Flash 成本還比一般的 NAND Flash 高很多，所以后來(lái)用的人就不多了 。

arm

ARM-Advanced RISC Machines

ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。

1991年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場(chǎng)，基于ARM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC微處理器75%以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個(gè)方面。

ARM公司是專門從事基于RISC技術(shù)芯片設(shè)計(jì)開發(fā)的公司，作為知識(shí)產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計(jì)許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ARM公司購(gòu)買其設(shè)計(jì)的ARM微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐罚瑥亩纬勺约旱?/span>ARM微處理器芯片進(jìn)入市場(chǎng)。目前，全世界有幾十家大的半導(dǎo)體公司都使用ARM公司的授權(quán)，因此既使得ARM技術(shù)獲得更多的第三方工具、制造、軟件的支持，又使整個(gè)系統(tǒng)成本降低，使產(chǎn)品更容易進(jìn)入市場(chǎng)被消費(fèi)者所接受，更具有競(jìng)爭(zhēng)力。

手機(jī)處理器結(jié)構(gòu)

1.4.1 RISC體系結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的CISC(Complex Instruction Set Computer，復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī))結(jié)構(gòu)有其固有的缺點(diǎn)，即隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而不斷引入新的復(fù)雜的指令集，為支持這些新增的指令，計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)會(huì)越來(lái)越復(fù)雜，然而，在CISC指令集的各種指令中，其使用頻率卻相差懸殊，大約有20%的指令會(huì)被反復(fù)使用，占整個(gè)程序代碼的80%。而余下的80%的指令卻不經(jīng)常使用，在程序設(shè)計(jì)中只占20%，顯然，這種結(jié)構(gòu)是不太合理的。

基于以上的不合理性，1979年美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校提出了RISC(Reduced Instruction Set Computer，精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī))的概念，RISC并非只是簡(jiǎn)單地去減少指令，而是把著眼點(diǎn)放在了如何使計(jì)算機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單合理地提高運(yùn)算速度上。RISC結(jié)構(gòu)優(yōu)先選取使用頻最高的簡(jiǎn)單指令，避免復(fù)雜指令;將指令長(zhǎng)度固定，指令格式和尋址方式種類減少;以控制邏輯為主，不用或少用微碼控制等措施來(lái)達(dá)到上述目的。

到目前為止，RISC體系結(jié)構(gòu)也還沒(méi)有嚴(yán)格的定義，一般認(rèn)為，RISC體系結(jié)構(gòu)應(yīng)具有如下特點(diǎn)：

- 采用固定長(zhǎng)度的指令格式，指令歸整、簡(jiǎn)單、基本尋址方式有2～3種。

- 使用單周期指令，便于流水線操作執(zhí)行。

- 大量使用寄存器，數(shù)據(jù)處理指令只對(duì)寄存器進(jìn)行操作，只有加載/ 存儲(chǔ)指令可以訪問(wèn)存儲(chǔ)器，以提高指令的執(zhí)行效率。

除此以外，ARM體系結(jié)構(gòu)還采用了一些特別的技術(shù)，在保證高性能的前提下盡量縮小芯片的面積，并降低功耗：

- 所有的指令都可根據(jù)前面的執(zhí)行結(jié)果決定是否被執(zhí)行，從而提高指令的執(zhí)行效率。

- 可用加載/存儲(chǔ)指令批量傳輸數(shù)據(jù)，以提高數(shù)據(jù)的傳輸效率。

- 可在一條數(shù)據(jù)處理指令中同時(shí)完成邏輯處理和移位處理。

- 在循環(huán)處理中使用地址的自動(dòng)增減來(lái)提高運(yùn)行效率。

當(dāng)然，和CISC架構(gòu)相比較，盡管RISC架構(gòu)有上述的優(yōu)點(diǎn)，但決不能認(rèn)為RISC架構(gòu)就可以取代CISC架構(gòu)，事實(shí)上，RISC和CISC各有優(yōu)勢(shì)，而且界限并不那么明顯?，F(xiàn)代的CPU往往采用CISC的外圍，內(nèi)部加入了RISC的特性，如超長(zhǎng)指令集CPU就是融合了RISC和CISC的優(yōu)勢(shì)，成為未來(lái)的CPU發(fā)展方向之一。

1.4.2 ARM微處理器的寄存器結(jié)構(gòu)

ARM處理器共有37個(gè)寄存器，被分為若干個(gè)組(BANK)，這些寄存器包括：

- 31個(gè)通用寄存器，包括程序計(jì)數(shù)器(PC指針)，均為32位的寄存器。

- 6個(gè)狀態(tài)寄存器，用以標(biāo)識(shí)CPU的工作狀態(tài)及程序的運(yùn)行狀態(tài)，均為32位，目前只使用了其中的一部分。

同時(shí)，ARM處理器又有7種不同的處理器模式，在每一種處理器模式下均有一組相應(yīng)的寄存器與之對(duì)應(yīng)。即在任意一種處理器模式下，可訪問(wèn)的寄存器包括15個(gè)通用寄存器(R0～R14)、一至二個(gè)狀態(tài)寄存器和程序計(jì)數(shù)器。在所有的寄存器中，有些是在7種處理器模式下共用的同一個(gè)物理寄存器，而有些寄存器則是在不同的處理器模式下有不同的物理寄存器。

關(guān)于ARM處理器的寄存器結(jié)構(gòu)，在后面的相關(guān)章節(jié)將會(huì)詳細(xì)描述。

1.4.3 ARM微處理器的指令結(jié)構(gòu)

ARM微處理器的在較新的體系結(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)。

關(guān)于ARM處理器的指令結(jié)構(gòu)，在后面的相關(guān)章節(jié)將會(huì)詳細(xì)描述。

手機(jī)處理器應(yīng)用特點(diǎn)

1.2.1 ARM微處理器的應(yīng)用領(lǐng)域

到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域：

1、工業(yè)控制領(lǐng)域：作為32的RISC架構(gòu)，基于ARM核的微控制器芯片不但占據(jù)了高端微控制器市場(chǎng)的大部分市場(chǎng)份額，同時(shí)也逐漸向低端微控制器應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展，ARM微控制器的低功耗、高性價(jià)比，向傳統(tǒng)的8位/16位微控制器提出了挑戰(zhàn)。

2、無(wú)線通訊領(lǐng)域：目前已有超過(guò)85%的無(wú)線通訊設(shè)備采用了ARM技術(shù)， ARM以其高性能和低成本，在該領(lǐng)域的地位日益鞏固。

3、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用：隨著寬帶技術(shù)的推廣，采用ARM技術(shù)的ADSL芯片正逐步獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。此外，ARM在語(yǔ)音及視頻處理上行了優(yōu)化，并獲得廣泛支持，也對(duì)DSP的應(yīng)用領(lǐng)域提出了挑戰(zhàn)。

4、消費(fèi)類電子產(chǎn)品：ARM技術(shù)在目前流行的數(shù)字音頻播放器、數(shù)字機(jī)頂盒和游戲機(jī)中得到廣泛采用。

5、成像和安全產(chǎn)品：現(xiàn)在流行的數(shù)碼相機(jī)和打印機(jī)中絕大部分采用ARM技術(shù)。手機(jī)中的32位SIM智能卡也采用了ARM技術(shù)。

除此以外，ARM微處理器及技術(shù)還應(yīng)用到許多不同的領(lǐng)域，并會(huì)在將來(lái)取得更加廣泛的應(yīng)用。

1.2.2 ARM微處理器的特點(diǎn)

采用RISC架構(gòu)的ARM微處理器一般具有如下特點(diǎn)：

1、體積小、低功耗、低成本、高性能;

2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;

3、大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;

4、大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;

5、尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高;

6、指令長(zhǎng)度固定;

系列

ARM微處理器目前包括下面幾個(gè)系列，以及其它廠商基于ARM體系結(jié)構(gòu)的處理器，除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，每一個(gè)系列的ARM微處理器都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。

- ARM7系列

- ARM9系列

- ARM9E系列

- ARM10E系列

- SecurCore系列

- Inter的Xscale

- Inter的StrongARM

其中，ARM7、ARM9、ARM9E和ARM10為4個(gè)通用處理器系列，每一個(gè)系列提供一套相對(duì)獨(dú)特的性能來(lái)滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求。SecurCore系列專門為安全要求較高的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

以下我們來(lái)詳細(xì)了解一下各種處理器的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。

1.3.1 ARM7微處理器系列

ARM7系列微處理器為低功耗的32位RISC處理器，最適合用于對(duì)價(jià)位和功耗要求較高的消費(fèi)類應(yīng)用。ARM7微處理器系列具有如下特點(diǎn)：

- 具有嵌入式ICE-RT邏輯，調(diào)試開發(fā)方便。

- 極低的功耗，適合對(duì)功耗要求較高的應(yīng)用，如便攜式產(chǎn)品。

- 能夠提供0.9MIPS/MHz的三級(jí)流水線結(jié)構(gòu)。

- 代碼密度高并兼容16位的Thumb指令集。

- 對(duì)操作系統(tǒng)的支持廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS等。

- 指令系統(tǒng)與ARM9系列、ARM9E系列和ARM10E系列兼容，便于用戶的產(chǎn)品升級(jí)換代。

- 主頻最高可達(dá)130MIPS，高速的運(yùn)算處理能力能勝任絕大多數(shù)的復(fù)雜應(yīng)用。

ARM7系列微處理器的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汗I(yè)控制、Internet設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和調(diào)制解調(diào)器設(shè)備、移動(dòng)電話等多種多媒體和嵌入式應(yīng)用。

ARM7系列微處理器包括如下幾種類型的核：ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、

ARM720T、ARM7EJ。其中，ARM7TMDI是目前使用最廣泛的32位嵌入式RISC處理器，屬低端ARM處理器核。TDMI的基本含義為：

T： 支持16為壓縮指令集Thumb;

D： 支持片上Debug;

M：內(nèi)嵌硬件乘法器(Multiplier)

I： 嵌入式ICE，支持片上斷點(diǎn)和調(diào)試點(diǎn);

1.3.2 ARM9微處理器系列

ARM9系列微處理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下特點(diǎn)：

- 5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。

- 提供1.1MIPS/MHz的哈佛結(jié)構(gòu)。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

嵌入式操作系統(tǒng)。

- MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

- 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。

ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于無(wú)線設(shè)備、儀器儀表、安全系統(tǒng)、機(jī)頂盒、高端打印機(jī)、數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)等。

ARM9系列微處理器包含ARM920T、ARM922T和ARM940T三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.3.3 ARM9E微處理器系列

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器，使用單一的處理器內(nèi)核提供了微控制器、DSP、Java應(yīng)用系統(tǒng)的解決方案，極大的減少了芯片的面積和系統(tǒng)的復(fù)雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強(qiáng)的DSP處理能力，很適合于那些需要同時(shí)使用DSP和微控制器的應(yīng)用場(chǎng)合。

ARM9E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：

- 支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。

- 5級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

- 支持VFP9浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。

- MPU支持實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

- 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力。

- 主頻最高可達(dá)300MIPS。

ARM9系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等領(lǐng)域。

ARM9E系列微處理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.3.4 ARM10E微處理器系列

ARM10E系列微處理器具有高性能、低功耗的特點(diǎn)，由于采用了新的體系結(jié)構(gòu)，與同等的ARM9器件相比較，在同樣的時(shí)鐘頻率下，性能提高了近50%，同時(shí)，ARM10E系列微處理器采用了兩種先進(jìn)的節(jié)能方式，使其功耗極低。

ARM10E系列微處理器的主要特點(diǎn)如下：

- 支持DSP指令集，適合于需要高速數(shù)字信號(hào)處理的場(chǎng)合。

- 6級(jí)整數(shù)流水線，指令執(zhí)行效率更高。

- 支持32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

- 支持32位的高速AMBA總線接口。

- 支持VFP10浮點(diǎn)處理協(xié)處理器。

- 全性能的MMU，支持Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式操作系統(tǒng)。

- 支持?jǐn)?shù)據(jù)Cache和指令Cache，具有更高的指令和數(shù)據(jù)處理能力

- 主頻最高可達(dá)400MIPS。

- 內(nèi)嵌并行讀/寫操作部件。

ARM10E系列微處理器主要應(yīng)用于下一代無(wú)線設(shè)備、數(shù)字消費(fèi)品、成像設(shè)備、工業(yè)控制、通信和信息系統(tǒng)等領(lǐng)域。

ARM10E系列微處理器包含ARM1020E、ARM1022E和ARM1026EJ-S三種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.3.5 SecurCore微處理器系列

SecurCore系列微處理器專為安全需要而設(shè)計(jì)，提供了完善的32位RISC技術(shù)的安全解決方案，因此，SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)的低功耗、高性能的特點(diǎn)外，還具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即提供了對(duì)安全解決方案的支持。

SecurCore系列微處理器除了具有ARM體系結(jié)構(gòu)各種主要特點(diǎn)外，還在系統(tǒng)安全方面具有如下的特點(diǎn)：

- 帶有靈活的保護(hù)單元，以確保操作系統(tǒng)和應(yīng)用數(shù)據(jù)的安全。

- 采用軟內(nèi)核技術(shù)，防止外部對(duì)其進(jìn)行掃描探測(cè)。

- 可集成用戶自己的安全特性和其他協(xié)處理器。

SecurCore系列微處理器主要應(yīng)用于一些對(duì)安全性要求較高的應(yīng)用產(chǎn)品及應(yīng)用系統(tǒng)，如電子商務(wù)、電子政務(wù)、電子銀行業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和認(rèn)證系統(tǒng)等領(lǐng)域。

SecurCore系列微處理器包含SecurCore SC100、SecurCore SC110、SecurCore SC200和SecurCore SC210四種類型，以適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.3.6 StrongARM微處理器系列

Inter StrongARM SA-1100處理器是采用ARM體系結(jié)構(gòu)高度集成的32位RISC微處理器。它融合了Inter公司的設(shè)計(jì)和處理技術(shù)以及ARM體系結(jié)構(gòu)的電源效率，采用在軟件上兼容ARMv4體系結(jié)構(gòu)、同時(shí)采用具有Intel技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)。

Intel StrongARM處理器是便攜式通訊產(chǎn)品和消費(fèi)類電子產(chǎn)品的理想選擇，已成功應(yīng)用于多家公司的掌上電腦系列產(chǎn)品。

1.3.7 Xscale處理器

Xscale 處理器是基于ARMv5TE體系結(jié)構(gòu)的解決方案，是一款全性能、高性價(jià)比、低功耗的處理器。它支持16位的Thumb指令和DSP指令集，已使用在數(shù)字移動(dòng)電話、個(gè)人數(shù)字助理和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品等場(chǎng)合。

Xscale 處理器是Inter目前主要推廣的一款ARM微處理器。

手機(jī)處理器應(yīng)用選型

鑒于ARM微處理器的眾多優(yōu)點(diǎn)，隨著國(guó)內(nèi)外嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域的逐步發(fā)展，ARM微處理器必然會(huì)獲得廣泛的重視和應(yīng)用。但是，由于ARM微處理器有多達(dá)十幾種的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，幾十個(gè)芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，給開發(fā)人員在選擇方案時(shí)帶來(lái)一定的困難，所以，對(duì)ARM芯片做一些對(duì)比研究是十分必要的。

以下從應(yīng)用的角度出發(fā)，對(duì)在選擇ARM微處理器時(shí)所應(yīng)考慮的主要問(wèn)題做一些簡(jiǎn)要的探討。

ARM微處理器內(nèi)核的選擇

從前面所介紹的內(nèi)容可知，ARM微處理器包含一系列的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，用戶如果希望使用WinCE或標(biāo)準(zhǔn)Linux等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時(shí)間，就需要選擇ARM720T以上帶有MMU(Memory Management Unit)功能的ARM芯片，ARM720T、ARM920T、ARM922T、ARM946T、Strong-ARM都帶有MMU功能。而ARM7TDMI則沒(méi)有MMU，不支持Windows CE和標(biāo)準(zhǔn)Linux，但目前有uCLinux等不需要MMU支持的操作系統(tǒng)可運(yùn)行于ARM7TDMI硬件平臺(tái)之上。事實(shí)上，uCLinux已經(jīng)成功移植到多種不帶MMU的微處理器平臺(tái)上，并在穩(wěn)定性和其他方面都有上佳表現(xiàn)。

本書所討論的S3C4510B即為一款不帶MMU的ARM微處理器，可在其上運(yùn)行uCLinux操作系統(tǒng)。

系統(tǒng)的工作頻率

系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ARM微處理器的處理能力。ARM7系列微處理器的典型處理速度為0.9MIPS/MHz，常見的ARM7芯片系統(tǒng)主時(shí)鐘為20MHz-133MHz，ARM9系列微處理器的典型處理速度為1.1MIPS/MHz，常見的ARM9的系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為100MHz-233MHz，ARM10最高可以達(dá)到700MHz。不同芯片對(duì)時(shí)鐘的處理不同，有的芯片只需要一個(gè)主時(shí)鐘頻率，有的芯片內(nèi)部時(shí)鐘控制器可以分別為ARM核和USB、UART、DSP、音頻等功能部件提供不同頻率的時(shí)鐘。

芯片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量

大多數(shù)的ARM微處理器片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)外擴(kuò)存儲(chǔ)器，但也有部分芯片具有相對(duì)較大的片內(nèi)存儲(chǔ)空間，如ATMEL的AT91F40162就具有高達(dá)2MB的片內(nèi)程序存儲(chǔ)空間，用戶在設(shè)計(jì)時(shí)可考慮選用這種類型，以簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

片內(nèi)外圍電路的選擇

除ARM微處理器核以外，幾乎所有的ARM芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展了相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，我們稱之為片內(nèi)外圍電路，如USB接口、IIS接口、LCD控制器、鍵盤接口、RTC、ADC和DAC、DSP協(xié)處理器等，設(shè)計(jì)者應(yīng)分析系統(tǒng)的需求，盡可能采用片內(nèi)外圍電路完成所需的功能，這樣既可簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性。

OMAP

無(wú)線設(shè)備制造商，諸如諾基亞、索尼愛立信、Palm、惠普公司及索尼等業(yè)界頂尖的設(shè)備制造商，以及諸如宏碁、LuckyGoldstar、HTC、Sendo及其它的主要設(shè)計(jì)制造商均宣布支持TI的OMAP處理器平臺(tái)。此外，領(lǐng)先的 OS 廠商，包括 Symbian、微軟、Sun Microsystems 及其它廠商與 TI 也進(jìn)行了密切合作，已將其解決方案移植到了 TI 的OMAP處理器上。OMAP平臺(tái)通過(guò)支持Symbian OS、Microsoft PocketPC 2002及Windows CE;Palm OS、Linux、Java、ARM Instruction Set 及 C/C++，為軟件應(yīng)用開發(fā)商提供了易于使用的開放式編程環(huán)境。

TI還投入大量的資金開發(fā)和拓展其OMAP開發(fā)商網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)是由致力于創(chuàng)建全新應(yīng)用的國(guó)際軟件開發(fā)商所組成的社區(qū)。通過(guò)提供多種工具、培訓(xùn)以及獨(dú)立OMAP技術(shù)中心的全球網(wǎng)絡(luò)，TI使開發(fā)商和客戶能快速開發(fā)新的應(yīng)用及產(chǎn)品。

目前TI主流的應(yīng)用處理器是OMAP730。 OMAP730是集成了ARM926TEJ 應(yīng)用處理器和TI的 GSM/GPRS 數(shù)字基帶的單芯片處理器。由于集成了40個(gè)外設(shè)在單芯片中, 基于OMAP730的設(shè)計(jì)只需要上代處理器一半的板級(jí)空間。此外OMAP730具有獨(dú)特的SRAM frame buffer 用于提高流媒體和應(yīng)用程序的處理性能。OMAP730處理器還提供復(fù)雜的硬件加密功能，包括加密的引導(dǎo)程序，操作的加密模式，加密的RAM和ROM，并對(duì)一些加密標(biāo)準(zhǔn)提供硬件加速。

而采用了OMAP730處理器的TCS2600則是TI現(xiàn)在推出的主流智能手機(jī)平臺(tái)，它是新的低功耗和低成本的選擇，充分利用 了TI OMAP? 平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了安全的移動(dòng)商務(wù)、多媒體游戲與娛樂(lè)、定位服務(wù)、流媒體、更高速的 Java 處理、web 瀏覽、增強(qiáng)的 2D 圖形、支持高層操作系統(tǒng)以及其他眾多應(yīng)用。整個(gè)平臺(tái)的功能在53.20mm×31.25mm的印刷電路板上實(shí)現(xiàn)，和其他的具有相同特征和存儲(chǔ)器的方案相比擁有較低的成本。另外的一個(gè)特點(diǎn)就是極低的功耗，能夠極大的延長(zhǎng)電池的使用壽命。該方案可以升級(jí)支持EDGE協(xié)議需求，面對(duì)JAVA需求，采用了對(duì)JAVA的硬件加速并集成了 USB, SD/MMC/SDIO, Bluetooth?, 802.11 high-speed link, Fast IrDA 等外設(shè)。

此外，TCS2600還提供無(wú)與倫比的安全特性，通過(guò)采用安全引導(dǎo)裝載程序、真正的硬件隨機(jī)數(shù)生成器 (RNG)、安全執(zhí)行與存儲(chǔ)環(huán)境，以及硬件加速器等來(lái)進(jìn)行大量加密與單向散列算法，可防止病毒攻擊并可確保個(gè)人信息及專有軟件或儲(chǔ)存在移動(dòng)終端中的創(chuàng)造性內(nèi)容的安全性。在靈活性方面，TI的智能手機(jī)平臺(tái)可以方便的和TI的WLAN已及藍(lán)牙方案集成，將會(huì)為用戶提供提能各異且個(gè)性化的產(chǎn)品。

對(duì)中國(guó)的OEM廠商來(lái)講，要想在未來(lái)2.5G/3G無(wú)線市場(chǎng)上獲得領(lǐng)先的市場(chǎng)地位，選擇一個(gè)可提供整套解決方案包括無(wú)線軟件協(xié)議，數(shù)字基帶、電源管理，應(yīng)用處理器，模擬基帶，RF，嵌入式內(nèi)存和參考設(shè)計(jì)并具有優(yōu)秀集成能力的廠商至關(guān)重要。作為GSM的領(lǐng)先半導(dǎo)體供應(yīng)商，TI無(wú)疑在無(wú)線領(lǐng)域占據(jù)著領(lǐng)先地位。針對(duì)智能手機(jī)市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，據(jù)IDC預(yù)計(jì)，隨著移動(dòng)數(shù)據(jù)增值業(yè)務(wù)的發(fā)展，全球高端智能手機(jī)將以每年100%以上的高速增長(zhǎng)，在2006年左右攀升至2000萬(wàn)臺(tái)。而國(guó)內(nèi)智能手機(jī)市場(chǎng)的發(fā)展則更為迅猛，平均年增長(zhǎng)率為220%。通過(guò)提供業(yè)界最高性能的DSP、功耗最低的模擬組件，以及在集成電路技術(shù)領(lǐng)域最深刻的體驗(yàn)，TI期待為中國(guó)智能手機(jī)市場(chǎng)的未來(lái)發(fā)展起到不可替代的促進(jìn)作用。