(完整版)ARM技术应用领域的现状及发展趋势

ARM技术应用领域的现状及发展趋势

一、前言

各种新型微处理器的出现和应用的不断深化，嵌入式系统在后PC时代得到了空前的发展。随着时间的推移和技术的进步，在工业控制、家用电器、智能仪器仪表、机电控制等领域，已不断展现出其独特魅力。与桌面计算机不同，嵌入式计算机系统以应用为中心，具有专用性、低成本、低功耗、高性能、高可靠性等特点。嵌入式系统日益广泛的应用也让人们认识到这项技术蕴含的巨大的市场潜力。市场的需求带动了对技术人才的需求，在未来5年里嵌入式系统领域将有超过120万的人才缺口，社会急需嵌入式系统相关专业的人才。

二、ARM公司介绍

ARM是一家提供RISC架构的嵌入式微处理器公司，设计了大量高性能、廉价、耗能低的RISC处理器、相关技术及软件。适用于多种领域，比如嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。 ARM 公司的总部位于英国剑桥，成立于1990年11月，在全球设立了多个办事处，是苹果、Acorn、VLSI、Technology 等公司的合资企业。

20世纪90年代，ARM公司的业绩平平，处理器的出货量徘徊不前。由于缺乏资金，ARM做出了一个意义深远的决定：自己不制造芯片，只将芯片的设计方案授权给其他公司，由它们来生产。正是这个模式，最终使得ARM芯片遍地开花，将封闭设计的Intel公司置于"人民战争"的汪洋大海。

进入21世纪之后，由于手机的快速发展，出货量呈现爆炸式增长，ARM处理器占领了全球手机市场。2010年，全球ARM芯片出货量达61亿片，远远超出预期的45亿片。

三、ARM公司产品

ARM®体系结构是业界领先的微处理器体系结构，为系统和软件工程师提供

了开发低能耗、高性能消费类和工业产品的硅验证解决方案。这些终端产品涵盖了从汽车和工业监视器到家庭娱乐和移动设备的各个领域。

ARM 完整产品线包括微控制器、微处理器、图形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工具。借助于完善的设计服务、培训、支持和维护以及公司的庞大合作伙伴社区，我们提供了一个全面的系统解决方案，为主要电子设备公司提供一条快速可靠的途径将产品推向市场。

2.1.处理器

ARM 是 32 位嵌入式微处理器的行业领先提供商，已推出各种各样基于通用体系结构的处理器，这些处理器具有高性能和行业领先的功效，而且系统成本也有所降低。与业界最广泛的体系（拥有超过 750 个可提供硅、工具和软件的合作伙伴）相结合，已推出的一系列 20 多种处理器可以解决每个应用难题。迄今为止，ARM 已生产超过 200 亿个处理器，每天的销量超过 1000 万，是真正意义上的The Architecture for the Digital World®（数字世界的体系结构）。

2.2 系统 IP - CoreLink 和 CoreSight

(View Larger 系统 IP - CoreLink 和 CoreSight Image)

ARM 系统 IP 在 ARM Cortex™和 Mali™处理器与内存和外设之间搭设一条数字高速公路，以确保获得最佳的系统性能和能源效率。

CoreLink™产品组合包括互连、静态和动态内存控制器、高速缓存和 DMA 控制器以及 AMBA 设计工具，以便于设计最佳的 SoC。

CoreSight™调试和跟踪 IP 在 SoC 产品中提供世界领先的可见性，从而实现软件优化以提高产品可靠性和性能并缩短上市时间。

2.3.多媒体 - 来自 ARM 的图形、视频和音频处理

ARM 提供了一系列嵌入式图形 IP、视频 IP 和音频解决方案，这些解决方案为现在和将来的各种消费类、无线、汽车和企业设备上的多媒体应用程序提供支持。

2．4.用于 SoC 实现的物理 IP

(View Larger 用于 SoC 实现的物理 IP Image)

ARM 是处理器设计和制造方面的世界领先物理知识产权 (IP) 提供商，可加快复杂片上系统 (SoC) 集成电路的设计过程。ARM®物理 IP 平台包括逻辑 IP、嵌入式内存 IP 和接口 IP，全部针对具体的代工厂工艺进行了优化。ARM 物理 IP 提供：

最广泛的平台 IP 解决方案，从 28 纳米到 250 纳米

最短的上市时间

最低的总拥有成本

针对处理器、多媒体和系统 IP 进行优化的解决方案

2.5.ARM 开发工具

ARM 工具是针对 ARM 体系结构的业界标准，持续开发时间超过了 20 年。在2005 年，ARM 收购了 Keil 工具业务，新增了 MCU 工具来完善我们的 ARM®RVDS®工具系列。

独特优点

ARM 工具系列为所有应用程序开发阶段提供了最佳工具解决方案。这些工具与ARM 处理器 IP 一起开发，与第三方工具提供商相比具有以下独特优点：高性能 - 已在数十亿的产品开发中使用

可靠 - 与 ARM IP 一起开发并经过 ARM IP 的验证

四、ARM嵌入式处理器

ARM嵌入式处理器是一种32位高性能、低功耗的RISC芯片，它由英国ARM 公司设计，世界上几乎所有的主要半导体厂商都生产基于ARM体系结构的通用芯片，或在其专用芯片中嵌入ARM的相关技术，如TI、Motorola、Intel、Atmel、Samsung、Philips、Altera、Nec、Sharp、NS等公司都有相应的产品。ARM微处理器一般都具有体积小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特点，目前ARM 芯片广泛应用于工业控制、无线通信、网络产品、消费类电子产品、安全产品等

领域，如交换机、路由器、数控设备、机顶盒、STB及智能卡都采用了ARM技术，并在将来取得更广泛的应用。

由于嵌入式实时操作系统具有高度的模块化、扩展性和可靠性，使得嵌入式实时操作系统在目前的嵌入式应用中用得越来越广泛，尤其在功能复杂、系统庞大的应用中显得越来越重要。在嵌入式应用中使用嵌入式实时操作系统能充分发挥32位CPU的多任务潜力；提高开发效率，缩短开发周期；并且开发出来的产品具有高可靠性。目前来讲，嵌入式操作系统有几十种，常见的嵌入式操作系统有μCLinux、RTLinux、Windows CE、Palm OS、VxWorks、OSE、eCOS、μC/OS-II。

五、ARM处理器的优势

ARM处理器的优势对于如今大量出现的32位嵌入式应用，以笔者之见，arm 处理器的优势主要有以下几个方面。

1．高性能、低功耗、低价格把ARM处理器的性能拿来和一些着名的通用处理器（如Pentium）相比是不合适的，因为他们各自针对的应用需求是不同的。Pentium处理器采用多条指令流水线的超标量结构，追求通用应用目标下的超强性能，功耗大，可以用散热器加风扇散热。ARM针对嵌入式应用，在满足性能要求的前提下，力求最低的功率消耗。ARM结构的优点是能兼顾到性能、功耗、代码密度、价格等几个方面，而且做得比较均衡。在性能/功耗比（MIPS/W）方面，ARM处理器具有业界领先的性能。基于ARM核的芯片价格也很低，目前arm CortexM 的芯片价格可低至10元人民币左右。

2．丰富的可选择芯片ARM只是一个核，ARM公司自己不生产芯片，采用授权方式给半导体生产商。目前，全球几乎所有的半导体厂家都向ARM公司购买了各种ARM核，配上多种不同的控制器（如LCD控制器、SDRAM控制器、DMA控制器等）和外设、接口，生产各种基于ARM核的芯片。目前，基于ARM核的各种处理器型号有好几百种，在国内市场上，常见的有ST、TI、NXP、Atmel、Samsung、OKI、Sharp、Hynix、Crystal等厂家的芯片。用户可以根据各自的应用需求，从性能、功能等方面考察，在许多具体型号中选择最合适的芯片来设计自己的应用系统。由于ARM核采用向上兼容的指令系统，用户开发的软件可以非常方便地移植到更高的arm平台。

3．广泛的第三方支持以如今的技术，设计一个处理器并非难事，但要使这个处理器得到大家认可，并取得市场成功却是非常困难的，其中涉及许多技术与非技术的因素和环节，还包括时机、运气。因为现在许多产品的开发，不是一个简单的处理器加几百条指令、语句就可以解决的。要用到32位处理器，一般都要有编译器、高效的开发工具（仿真器及调试环境）、操作系统、协议栈等，这些东西都不是一个芯片生产商可以解决的，而需要许多第三方的支持。这就像一粒种子，需要土壤、空气、水等环境才能发芽、成长。这也是我们的一些“中国芯”该反思之处。

ARM通过近20年的培育、发展，得到了广泛的第三方合作伙伴支持。目前，除通用编译器GCC，ARM有自己的高效编译、调试环境（MDK、Keil），全球约有50家以上的实时操作系统（RTOS）软件厂商和30家以上的EDA工具制造商，