Windows CE嵌入式導航系統研究(硬體設計1)

1.1 ARM微處理器的選擇1.1.1 ARM微處理器系列

ARM 微處理器目前包括下面幾個系列，其它廠商基於ARM 架構的處理器，除了具有ARM 架構的共同特點以外，每一個系列的ARM 微處理器都有各自的特點和應用領域。

l ARM7 系列

l ARM9 系列

l ARM9E 系列

l ARM10E 系列

l SecurCore 系列

l Inter 的Xscale

l Inter 的StrongARM

其中，ARM7、ARM9、ARM9E 和ARM10E 為4 個通用處理器系列，每一個系列提供一套相對獨特的效能來滿足不同應用領域的需求。其中SecurCore系列是專門為安全要求較高的應用而設計的。以下我們來詳細瞭解一下ARM7、ARM9、ARM9E 和ARM10E四種處理器的特點及應用領域。

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，最適合用於對價位和功耗要求較高的消費類產品中，ARM7 微處理器系列具有如下特點；

l 具有嵌入式ICE－RT 邏輯，調試開發比較方便。

l 極低的功耗，適合對功耗要求較高的產品，如攜帶型產品。

l 能夠提供0.9MIPS/MHz 的三級流水線結構。

l 程式碼密度高併兼容16 位的Thumb 指令集。

l 對作業系統的支援廣泛，包括Windows CE、Linux、Palm OS 等。

l 指令系統與ARM9 系列、ARM9E 系列和ARM10E 系列相容，便於使用者的產品升級換代。

l 主頻最高可達130MIPS，高速的運算處理能力能勝任絕大多數的複雜應用。

ARM7 系列微處理器的主要應用領域為：工業控制、Internet 裝置、網路和資料裝置、行動電話等多種多媒體和嵌入式應用。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。

2． ARM9 微處理器系列

ARM9系列微處理器在高效能和低功耗特性方面提供最佳的效能。具有以下特點；

l 5 級流水線結構，指令執行效率更高。

l 提供1.1MIPS/MHz 的哈佛結構。

l 支援32位ARM 指令集和16 位Thumb 指令集。

l 支援32位的高速AMBA 匯流排介面。

l 全效能的MMU，支援Windows CE、Linux、Palm OS 等多種主流嵌入式作業系統。

ARM9系列微處理器適用於無線裝置、儀器儀錶、安全系統、機頂盒、高端印表機、數字照相機和數字攝像機等領域。

3． ARM9E微處理器系列

ARM9E系列微處理器為可綜合處理器,使用單一的處理器核心提供了微控制器、DSP、Java應用系統的解決方案,極大的減少了晶片的面積和系統的複雜程度。ARM9E系列微處理器提供了增強DSP處理能力,很適合於那些需要同時使用DSP和微控制器的應用場合。 ARM9E系列微處理器的主要特點如下；

l 支援DSP指令集,適合於需要高速數字訊號處理的場合。

l 5級整數流水線,指令執行效率更高。

l 支援32位ARM指令集和16位Thumb指令集。

l 支援32位的高速AMBA匯流排介面。

l 支援VFP9浮點處理副處理器。

l 全效能的MMU,支援Windows CE、Linux、Palm OS等多種主流嵌入式作業系統。

l MPU支援即時作業系統。

l 支援資料Cache和指令Cache,具有更高的指令和資料處理能力。

l 主頻最高可達300MIPS。

ARM9E系列微處理器包含ARM926EJ-S、ARM946E-S和ARM966E-S三種類型,以適用於不同的應用場合。

4． ARM10E微處理器系列

ARM10E 系列微處理器具有高效能、低功耗的特點，由於採用了新的體繫結構，與同等的 ARM9器件相比較，在同樣的時鐘頻率下，效能提高了近 50%，同時， ARM10E 系列微處理器採用了兩種先進的節能方式，使其功耗極低。 ARM10E 系列微處理器的主要特點如下；

l 支援 DSP 指令集，適合於需要高速數字訊號處理的場合。

l 6 級整數流水線，指令執行效率更高。

l 支援 32 位 ARM 指令集和 16 位 Thumb 指令集。

l 支援 32 位的高速 AMBA 匯流排介面。

l 支援 VFP10 浮點處理副處理器。

l 全效能的 MMU ，支援 Windows CE 、 Linux 、 Palm OS 等多種主流嵌入式作業系統。

l 支援資料 Cache 和指令 Cache ，具有更高的指令和資料處理能力

l 主頻最高可達 400MIPS 。

l 內嵌並行讀 / 寫操作組件。

ARM10E 系列微處理器主要應用於下一代無線裝置、數字消費品、成像裝置、工業控制、通訊和資訊系統等領域。ARM10E 系列微處理器包含 ARM1020E 、 ARM1022E 和 ARM1026EJ-S 三種類型，以適用於不同的應用場合。

1.1.2 S3C2440A與S3C2410A的比較

S3C2440A是一款專用的以手持功能為主而設計的晶片，其特點有低功耗，高速的處理計算能力。為了減少系統的耗費，2440使用了如下組件：2440基於ARM920T核心的，0.13Um cmos 標準單元和儲存單元複合體，它功耗及小、簡單、穩定的設計非常適合對電源要求較高的產品上。在選擇晶片的時候，我有段時間在S3C2440A與S3C2410A之間無法權衡，通過各方面參數對比之後，我選擇S3C2440A，如下介紹S3C2440A與S3C2410A參數對比；

1． 最高主頻不相同

S3C2410A為200M，S3C2440A為400M。我們在用這兩款處理器時，一般使用的主頻是不相同的，而這個不相同，不僅影響是的啟動並執行速度，最主要的是會影響一些外設（如串口）的時鐘，這些外設的時鐘如果不正確，就會出現問題。又比如記憶體匯流排設定,2410 和 2440 主頻不一樣，匯流排定時所要求的時鐘數也會不一樣。

2． MPLL和UPLL的計算公式不相同[17]

S3C2440A的MPLL是S3C2410A的兩倍，S3C2440A的MPLL計算與UPLL的計算不相同。S3C2410A輸出時鐘頻率 MPLL/UPLL 相對於參考輸入時鐘頻率 Fin 如以下公式所示；

PLL Control Register (MPLLCON and UPLLCON)

(M/U) pll = (m * Fin) / (p * 2s)

m = (MDIV + 8)，p = (PDIV + 2)，s = SDIV

S3C2440A輸出時鐘頻率 MPLL 相對於參考輸入時鐘頻率 Fin 如以下公式所示；

MPLL Control Register

Mpll = (2 * m * Fin) / (p * 2^S)

m = (MDIV + 8)，p = (PDIV + 2)，s = SDIV

S3C2440A輸出時鐘頻率UPLL相對於參考輸入時鐘頻率 Fin 如以下公式所示；

UPLL Control Register

UPLL= (m * Fin) / (p * 2^S)

m = (MDIV + 8)，p = (PDIV + 2)，s = SDIV

3． CPU需從快速匯流排模式轉變為非同步模式的條件不同

(1) S3C2410A

If HDIVN=1, the CPU bus mode has to be changed from the fast bus mode to the asynchronous bus mode using following instructions.

程式清單 4‑1 S3C2410A轉變為非同步模型代碼

MMU_SetAsyncBusMode

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

orr r0,r0,#R1_nF:OR:R1_iA

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

(2) S3C2440A

If HDIVN is not 0, the CPU bus mode has to be changed from the fast bus mode to the asynchronousbus mode using following instructions(S3C2440 does not support synchronous bus mode).

程式清單 4‑2 S3C2440A轉變為非同步模型代碼

MMU_SetAsyncBusMode

mrc p15,0,r0,c1,c0,0

orr r0,r0,#R1_nF:OR:R1_iA

mcr p15,0,r0,c1,c0,0

4． 其他對比

l S3C2440A比S3C2410A新增加AC'97轉碼器介面。

l S3C2440A比S3C2410A新增加Camera interface，網路攝影機的介面。

l S3C2440A比S3C2410A具有更多可用的I/O口，主要增加了DPJ連接埠組，其13個。

l S3C2440A和 S3C2410A的串口結構幾乎一樣，但、S3C2410A的串口 FIFO是 16 位元組，而 S3C2440A是 64 位元組。由於 FIFO深度不同，導致 UFSTAT 寄存器中個位的定義不一致。