一、引言
作為Soc（System On Chip)的典型應(yīng)用,，和持電話,、機(jī)頂盒、數(shù)碼像機(jī),、GPS,、個(gè)為數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等產(chǎn)品的市場(chǎng)需求越來(lái)越大。目前,，基于ARM的處理器以其高速度,、低功耗等諸多優(yōu)異的性能而成為上述各類產(chǎn)品中選用較多的處理器,。
二、ARM內(nèi)核
ARM內(nèi)核分為ARM7,、ARM9,、ARM10以及StrongARM等幾類。其中每一類又根據(jù)其各自包含的功能模塊而分成多種構(gòu)成在ARM內(nèi)核中有四個(gè)功能模塊可供生產(chǎn)廠商根據(jù)不同用戶的不同要求來(lái)配置生產(chǎn),。這四個(gè)模塊分別用T,、D、M和I來(lái)表示,。
T：表示Thumb,，該內(nèi)核可從16位指令集擴(kuò)充到32位ARM指令集。
D：表示Debug,，該內(nèi)核中放置了用于調(diào)試的結(jié)構(gòu),，通常它為一個(gè)邊界掃描JTAG，可使CPU進(jìn)入調(diào)試模式,，從而可方便地進(jìn)行斷點(diǎn)設(shè)置,、單步調(diào)試。
M：表示Multiplier,，是8位乘法器,。
I：表示EmbeddedICE Logic,用于實(shí)現(xiàn)斷點(diǎn)觀測(cè)及變量觀測(cè)的邏輯電路部分，其中的TAP控制器可接入到邊界掃描鏈,。
ARM7
ARM7 采用ARMV4T（Newman)結(jié)構(gòu),，分為三級(jí)流水，空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù)Cache,，平均功耗為0.6mW/MHz,，時(shí)鐘速度為66MHz，每條指令平均執(zhí)行1.9個(gè)時(shí)鐘周期,。其中的ARM710,，ARM720和ARM740為內(nèi)帶Cache的ARM核。
ARM9
ARM9 采用ARMV4T（Harvard)結(jié)構(gòu),，五級(jí)流水處理以及分離的Cache結(jié)構(gòu),，平均功耗為0.7mW/MHz。時(shí)鐘速度為120MHz- 200MHz,，每條指令平均執(zhí)行1.5個(gè)時(shí)鐘周期,。與ARM7系列相似，其中的ARM920,、ARM940和ARM9E為含Cache的CPU核。性能為132MIPS（120MHz時(shí)鐘,，3.3V供）或220MIPS（200MHz時(shí)鐘）,。
ARM10
ARM10采用ARMV5T結(jié)構(gòu),，六級(jí)流水處理，指令與數(shù)據(jù)分離的Cache結(jié)構(gòu),。平均功耗為1000mW,，時(shí)鐘速度為300MHz，每條指令平均執(zhí)行1.2個(gè)周期,，其中ARM1020為帶Cache的版本,。
ARM10TDMI：與所有ARM核在二進(jìn)制級(jí)代碼兼容，內(nèi)帶高速32X16MAC,，預(yù)留DSP協(xié)處理器接口,。其中的VFP10（矢量浮點(diǎn)單元）為七級(jí)流水結(jié)構(gòu)。
ARM1020T： ARM10TDMI+32KI&D Caches+MMU結(jié)構(gòu),，300MHz時(shí)鐘,，功耗為1W（2.0V供電）或00mW（1.5V供電）。指令 Cache和數(shù)據(jù)Cache分別為32K,，寬度為64bits,。能夠技術(shù)多種商用操作系統(tǒng)。適用于下一代高性能手持式因特網(wǎng)設(shè)備及數(shù)字式消費(fèi)類應(yīng)用,。
StrongARM
StrongARM處理器采用ARMV4T的五級(jí)流水結(jié)構(gòu),。目前有SA110、SA1100以及SA1110等三個(gè)版本,。
三,、ARM7系列開(kāi)發(fā)工具及開(kāi)發(fā)環(huán)境
1.軟件開(kāi)發(fā)工具
Green Hills Tools： Green Hills的ARM軟件工具包能夠支持ARM6、ARM7,、ARM7M,、ARM7TM、ARM7TDMI,、ARM7500FE,、ARM8、 ARM9,、ARM10以及StrongARM等系列處理器,。它由編譯器、交叉工具包,、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境和調(diào)試接口等組成,。
Compiler：高優(yōu)化性能的C/C++編譯器。
Cross Tool Chain：交叉開(kāi)發(fā)工具,。包括匯編器（Assembler),、連接器（Linker)、庫(kù)函數(shù)以及目標(biāo)代碼格式轉(zhuǎn)換器,。
MULTI：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境,。Green Hills的MULTI集成環(huán)境綜合了軟件開(kāi)發(fā)和調(diào)試過(guò)程中要用到的各種工具,，如源級(jí)調(diào)試器、工程管理器,、版本控制器,、文本編輯器、性能分析器,、圖形瀏覽器,。運(yùn)行出錯(cuò)檢測(cè)器、ARM指令集仿真器以及底層調(diào)試接口等,。用戶可方便地在MULTI環(huán)境中利用上述工具來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序,。
Servers:底層調(diào)試接口。Green Hills的Servers提供兩類調(diào)試接口供用戶選擇使用,。一類用于Angel監(jiān)控器,、在線仿真器以及EPI公司的JEENI JTAFG仿真器等；另一類則用于商用操作系統(tǒng)及用戶自己編寫(xiě)的操作系統(tǒng),。
ASDT2.5：SDT2.5是ARM公司提供的一大套由C編譯器,、連接定位器、C語(yǔ)言調(diào)試器和Angel監(jiān)控器組成的開(kāi)發(fā)軟件包,。由于價(jià)格比較適中而應(yīng)用比較廣泛,。
2.硬件開(kāi)發(fā)工具
ARM 的硬件開(kāi)發(fā)工具主要包括兩類仿真器，一是JTAG仿真器,，二是全功能在線仿真器,。前者是利用ARM處理器中的調(diào)試模塊的功能，通過(guò)其JTAG邊界掃描口來(lái)與仿真器連接,。這種方式的仿真器比較便宜,，連接比較方便。但由于僅通過(guò)十幾條線來(lái)調(diào)試,，因而功能有局限,。目前ARM處理器的JTAG仿真器在市場(chǎng)上比較流行的是EPI公司的JEENI和MAJIC，著名的德國(guó)Lauterbach公司有一款通用JTAG/BDM/ONCE仿真器TRACE32-ICD也能夠很好的支持ARM系列處理器,。對(duì)于全功能在線仿真器來(lái)說(shuō),，由于其信真頭完全取代目標(biāo)板上的CPU，因而功能非常強(qiáng)大,。但這類仿真器為了能夠全速仿真時(shí)鐘速度高于100MHz的處理器,，通常必須采用極其復(fù)雜的設(shè)計(jì)和工藝，因而其價(jià)格比較昂貴,。Lauterbach公司的TRACE32-Fire就是這類產(chǎn)品的佼佼者,。
JEENI仿真器：這是一種價(jià)位較低的JTAG仿真器。它能夠很好地與SDT2.5工具連接,。用戶可使用其編譯器和調(diào)試界面,。
MAJIC仿真器：與JEENI相比,，MAJIC能夠通過(guò)100base-T以太網(wǎng)與主機(jī)相連,，支持多處理器和低電壓I/O,。
TRACE32 -ICD：這是一種通用JTAG/BDM/ONCE仿真器，既能夠支持Motorola系列的68K,、ColdFire,、MPC5XX/8XX、 MPC82XX,，又能夠通過(guò)更換模塊來(lái)支持ARM7系列CPU.同時(shí)也能夠支持SIEMENS的ONCE方式,，如TriCore、C166等,。另外,， TRACE32-ICD提供獨(dú)特的RISC邏輯追蹤功能。
TRACE32Fire：這是全功能ICE,，提供強(qiáng)大的調(diào)試和偵錯(cuò)功能,。
四、支持ARM7的RTOS及其系統(tǒng)開(kāi)發(fā)
目前在國(guó)內(nèi),，ARM7的應(yīng)用較多,，ARM9、ARM10的使用尚未開(kāi)始,。在引,，我們以ARM7的應(yīng)用來(lái)例來(lái)說(shuō)明ARM7系統(tǒng)的構(gòu)成及其OS的應(yīng)用。
ARM7 處理的生產(chǎn)廠商很多,，他們僅須向ARM公司購(gòu)買ARM7核的License便可進(jìn)行生產(chǎn),。目前常用到的ARM7芯片有tmel公司的 AT91M40400、Cirrus Logic公司的CL-PS7500FE/EP7211等,、Hyundai公司的GMS30C7201,、 Linkup公司的L
7200、Samsung公司的KS32C4100/50100等等,。另外,，TI公司、LSI Logic,、NS公司,、NEC公司以及Philips公司也生產(chǎn)相應(yīng)的ARM7芯片。雖然眾多的廠商提供多種瑾的處理器,，但是除外部一些功能模塊外,，它們的內(nèi)核是相同的，因而在軟件編程有調(diào)試上是相同的,。
在多種商用RTOS（實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)）中,，Nucleus PLUS實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)是一種帶源代碼的 OS,，目前非常流行。在國(guó)內(nèi)也擁有大量的實(shí)際應(yīng)用,。Nucleus是最早支持ARM系列CPU的操作系統(tǒng)之一,，它提供內(nèi)核、圖形界而模塊,、通訊協(xié)議模塊,、文件系統(tǒng)以及嵌入式網(wǎng)上瀏覽器等等完整的解決方案。國(guó)內(nèi)許多著名的公司均已選用Nucleus在ARM平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)PDA,、STB,、DVD、POS,、 GPS,、手機(jī)以及智能終端等。
五,、基于ARM7的PDA方案
ARM7系列芯片具有高速,、低功耗、集成度高等特點(diǎn),，非常適合用于開(kāi)發(fā)PDA設(shè)備,。在此介紹一個(gè)韓國(guó)現(xiàn)代電子提供的以GMS30C7201芯片為核心的PDA方案。
*操作系統(tǒng)：NUCLEUS PLUS,；
*編譯器：ARM SDT / GREEN HILL,；
*仿真器：JENNI / TRACE32-ICD。
在這一平臺(tái)上,，我們選用ATI公司的NUCLEUS操作系統(tǒng)及相應(yīng)的文件系統(tǒng),、圖形軟件包、網(wǎng)絡(luò)模塊和瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)PDA的各種功能?，F(xiàn)在已經(jīng)完成了大部分的軟件移植工作：MUCLEUS內(nèi)核,、文件系統(tǒng)、圖形軟件包,、TCP/IP網(wǎng)絡(luò)模塊（使用PPP拔號(hào)上網(wǎng)）以及各種片上設(shè)備的驅(qū)動(dòng),、瀏覽器的移植也即將完成。