华清远见嵌入式培训中心

11华清远见嵌入式培训中心2007-07-21上海分中心讲座22最新ARM技术和嵌入式技术发展动态费浙平[e-mail]agerARMChina2007年7月33交流、合作、共赢§生气蓬勃的嵌入式领域§这是最好的行业，这是最坏的行业！§Google“开发工程师人生之路”§“知识可以改变命运，学好ARM就有机会！”§摘自网上论坛44什么是ARM?§ARM是一个公司的名字，是一种RISC结构体系的名字§但却远远不仅限于此…在开发者社区中间，ARM更是…§众多含有ARM处理器芯片的总称§开发含有ARM处理器的嵌入式系统所需知识、技能和工具的概括§当前开发工程师中最时髦、流行和热门的词语之一§其代表的含义已远远超越ARM公司本身，她是§融合业界数百家公司智慧和力量的整体概念§无数工程师工作的技术平台§拥有业界最强大、健康和合理的生态系统芯片公司ARMOS中间件软件OEM系统集成产品设计55ARMinYourDailyLife0100200300400500600700Q202Q402Q203Q403Q204Q404Q205Q405Q206Q406MillionsofUnitsVolume(m)2006年里一共24亿个ARM付运，迄今累计ARM出活量超过60亿个。66什么是嵌入式?§通俗易懂地说，嵌入式系统就是§一切非PC和服务器的计算设备§嵌入式系统是一门典型的技术交叉学科§电路与系统§计算机结构体系和软件§半导体技术§嵌入式系统优化是极具挑战性的技术难题§软/硬件协同设计§可测性设计和可制造性设计§设计周期、成本、功耗等多重压力§嵌入式发展是完整产业链的发展§健康的生态系统77High-EndEmbeddedvsComputing(Units)05001,0001,5002,0002,5003,0003,5004,0004,5005,0002000200120022003200420052006200720082009MillionsofUnitsPC/WSEmbeddedTotalembeddedunits9600Min2005Source:SemicoResearchCorp.8832位浪潮的到来02,0004,0006,0008,00010,00012,00014,00016,000MillionsofUnits2000200120022003200420052006200720082009MPUMCU(excl.DSP)CoresSource:SemicoResearchCorp.andSIA/WSTS02,0004,0006,0008,00010,00012,000MillionsofUnits200020012002200320042005200620072008200932-Bit+16-Bit8-Bit4-BitTotalMCU,bySub-Category(excl.DSP)TotalEmbeddedControlMarketShipmentsbyType总共约26亿个32位处理器付运，占总数96亿的27%2005年ARM为17亿个，约占32位总量的70%99嵌入式处理器现状和发展趋势§嵌入式应用以RISC为主§占据绝大多数的市场分额§8/16/32位将长期共存，但32位发展趋势最快，并且§产品最有盈利性§设计最有挑战性，核心技术含量高§是技术和市场发展趋势§更多新型应用和新兴技术将与32位处理器结合，获得越来越多的增量成长空间§这正是广大工程师们愿意投入学习ARM的重要原因所在§32位处理器更多地伴随SoC一起应用§系统开发者的价值将越来越多地体现在软件上面1010性能、功耗、成本—喜欢SoC的理由§节省系统成本§高度集成的SoC：节省扩展芯片§SoC给系统带来高性能之外更多更重要的好处§稳定性、体积、散热、功耗···处理器外设存储器I/O“Systemonboard”“Systemonchip”USB以太网memory1111科技进步将使SoC芯片的价格进一步下降§摩尔定律作用于ARMSoC芯片价格§ARM持续致力与降低用户成本§ARM7TDMI32位微控制处理器：0.26mm2@0.13u§典型的8位微处理器：10KGate~0.08mm2@0.13u§两者制造成本相差：小于$0.015§制造工艺的进步将更多地推动成本下降§新工艺的应用使单位制造成本降低，但初始成本大幅度上扬§量大的应用将从中受益，主流产品优势愈加明显0.13uprocess65nmprocess45nmprocess32nmprocess1212软件变得愈加重要—软件体现价值§DVD播放机§功能：视频+音频（incl.MP3）§价格：200–600元§iPodMP3播放机§功能：MP3§价格：3800元60GBiPod2800元30GBiPod2200元4GBiPodnano1400元1GBiPodnano§两者的硬件差异？§两者的价格差异？§核心价值在于：好的软件带给消费者最好的使用体验1313但是…软件开发并不容易§“SoCwithoutsoftwareisjustasand”§嵌入式软件开发和调试是一项富有挑战性的工作?§Softwareandhardwareintegrationisatimecriticalprocess§50%oftimeisspentonOSportingandsystemstesting§Everybugisadelaytomarket1414Example–IncreaseinSoftwareComplexity§In12yearsaTVhasbecome900*43=38700timesmorecomplex1515标准结构体系成为趋势§ARM结构体系始终保持了向下兼容§软件资源的最大限度可复用§JTAG调试接口始终由ARM维护并保证其兼容性§工具的兼容性ARM7™familyARM9™/ARM9EfamilyARMCortex™FamilyARM11™familyARM1199619981999200020012002200320042005Multi-ICERealView-ICE1616嵌入式处理器的硬件框架ExternalMemoryCPUAddressDataCacheBusInterfaceWriteBufferMMU/MPURR(R/W)外设如USB、LCD控制器等扩展芯片内核（core）处理器存储器子系统SoC的片内外设系统的片外设备处理器（Processor）芯片（SoC）系统（System）1717ARM处理器的分类§结构体系版本（Architecture）§ARMv4T§ARMv5TE§ARMv6§ARMCortex(v7)§ProcessorFamily§ARM7§ARM9§ARM10§ARM11§ARMCortex§按应用特征分类§应用处理器§ApplicationProcessor§实时控制处理器§Real-timeController§微控制器§Micro-controller特征：MMU,Cache最快频率、最高性能、合理功耗特征：MPU,Cache实时响应、合理性能、较低功耗特征：nosub-memorysystem一般性能、最低成本、极低功耗1818一个结构体系满足不同的应用需求ARM7™FamilyARM9™FamilyARM10™FamilyARM11™Family150DMIPS300DMIPS500DMIPS1000DMIPSARMCortex™FamilyARM720TARM1136JARM1176JZARM1026EARM920T/ARM922TARM926EJCortexAApplicationProcessorARM7TDMIARM1156T2ARM1026EARM946ECortexREmbeddedRTControllerARM7TDMIARM966EARM968ECortexMMicro-controllerARMArchitecture1919当前的主流ARM处理器§ARM7§世界上最为广泛使用的CPU之一§100MHz§ARM9§100-300MHz2.4BARMPowredshipmentinyearof2006,1/3isARM9based.2020ARM11已经进入规模量产§ARM11§300-700+MHz§SIMD指令扩展支持更丰富的多媒体应用§50多家授权芯片公司，很多已开始量产FOMAN902iFirstARM11basedphoneTIOMAP2420Freescalei.MX31/i.MX31L2121Cortex-A8芯片刚刚面世§目前最快的嵌入式处理器提供超过2000DMIPS的性能§运行于1GHz频率(90nmor65nm制造工艺)§功耗小于300mWARMCortexA8ApplicationProcessor2222Cortex-M3实现$1ARM芯片§ARMCortexArchitecture§Thumb-2ISA§3StagePipeline§1.22DMIPS/MHz–30%overARM7TDMI§33Kgates–30%smallerthanARM7TDMI§LuminaryMicro的Stellaris系列MCU产品售价仅1美元§微控制器内核，专门针对MCU应用领域而设计，突出低成本、低功耗和高效率。“ST最新32位系列Cortex-M3内核微控制器重塑MCU市场”2323Cortex-M1forFPGACortex-M1ProcessorARMProcessorforFPGA§为FPGA应用设计的高速而小巧的处理器§70MHz–170MHz(根据不同FPGA型号)§代码向上兼容§改进的3级流水线§可配置指令和数据TCM(1KB–1MB)§1到32个中断可配置§为多家FPGA而设计优化，适用于所有FPGA型号§支持FPGA厂家或独立工具供应商的FPGA工具可以在FPGA里用ARM啦！2424ARM的优势§广泛使用的通用处理器结构体系§经典的低功耗嵌入式结构体系§全面的性能范围（upto1GHz）§低成本§众多的芯片公司采用§丰富的芯片类型选择§大量针对性的应用解决方案§优秀的开发工具支持§庞大和完整的第三方资源支持§广泛的开发平台、参考设计§活跃的开发者社区§完整的系统化支持§从芯片设计到制造§从系统设计到软件优化§系统级性能和成本优化实现2525系统性能优化§性能优化是个复杂的系统问题§处理器只是其中的一个方面§存储器系统通常才是系统性能瓶颈§MMU/Cache的性能和效率§片外存储器访问速度§举例说明系统性能优化的复杂性§问：处理器A（40MHz）和B（50MHz）直接访问存储器，哪个处理器的处理效率高？§举例：处理器访问存储器的延时为50ns§处理器A（时钟周期25ns）§需2个时钟周期访问一次存储器（实际耗时50ns）§处理器B（时钟周期20ns）§需3个时钟周期访问一次存储器（实际耗时60ns）2626OS支持举例WindowsCE5.0RuntimeImageResultsfromMicrosoft02,0004,0006,0008,00010,00012,00014,00016,00018,00020,000DigitalMediaReceiverGatewayIPPhone(advanced)Set-TopBoxKBytesMIPS64MIPS32ARMARM是嵌入式操作系统支持最为广泛的结构体系之一。2727领先嵌入式处理器技术发展讨论§多处理器技术§单处理器技术的性能提升终有一天会遭遇瓶颈§对嵌入式系统而言，尤其要考虑付出的代价§把任务进行并行分解是理想的选择§ARMMPcore可以集成1-4个ARM11处理器§关键是要提供给软件开发者一个友好的编程接口§64位处理器？§哪儿是系统性能瓶颈？§是需要64位地址还是64位数据？§