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標題: ARM小記(杜洋） [打印本頁]

作者: 51hei不 時間: 2016-6-19 22:05
標題: ARM小記(杜洋）
ARM何物
ARM（Advanced RISC Machines，進階精簡指令集機器），如果你一直把這個單詞讀成“A”-“R”-“M”，那么將有一個好消息和一個壞消息要告訴你。好消息是：你這是初次接觸到ARM技術相關的文章，而本文內容正是專為你量身打造的，無論你是嵌入式系統的門外漢還是單片機技術的初學者，都可以通過本文輕松地了解ARM技術。請相信我，這并不困難！壞消息是：我很抱歉的告訴你，它的正確讀法應該是“arm”，是手臂、胳膊的英文發音。很出丑是不是？但除非你是在大聲朗讀，不然沒人會知道的。你又多了一個知識和一個不可告人的秘密。調整一下心態，我們的故事就從這里開始吧！

1990年，有一家高科技公司在美麗的英國安了家，公司是由一群先知先覺的工程師組成的，他們致力于一種新的CPU體系結構的設計。他們想讓這款CPU的性能更為出色，有精簡的指令集（可以理解成給CPU發出命令的咒語，當然是越簡單越好了）和較低的功耗（適合在需要高速度運算又采用電池充電的設備當中使用）。當時傳統的電腦CPU發熱量大，需要使用風扇散熱，這確實很不方便，至少我不希望我的智能手機看上去像電吹風。所以，他們夜以繼日的開發，努力實現這個偉大構想。終于，他們成功了！大家興高采烈地為這款新的處理器結構取了一個響亮的名字——Advanced RISC Machines，簡稱ARM。有趣的是這家公司的名字也是Advanced  RISC  Machines Ltd.，簡稱ARM，不得不說他們當初成立公司時的偉大目標現在實現了，可是這個巧合里面有什么精彩秘密呢？其實早在我出生的前一年——1983年，一家名為Acorn的電腦公司就已經開始著手開發精簡指令集的32位微處理器。在我1歲的時候——1985年，該公司已經研發出了ARM1處理器，一年之后又推出了ARM2處理器并批量生產，之后不久又推出了ARM3處理器。這個時候已經大名鼎鼎的蘋果公司看到了商機，于是想和Acorn公司合作開發。后來雙方研究決定另外開設一家新公司，專門設計、研發精簡指令集處理器。于是才有了前面提到的ARM公司的成立。ARM公司成立之后所研發的是ARM6型處理器結構，推出之后就被自己的兩個東家（蘋果和Acorn公司）應用在其新款的產品上。現在好了，我們的ARM處理器結構誕了。一開始ARM公司的處理器自產、自用，可是隨后吸引了一大批世界級的芯片生產廠商（也可能是ARM公司邀請他們過來的，誰知道呢）。這些大廠商們正在為處理器市場的弊端而發愁，所以很快雙方建立了合作，即ARM公司自己不生產芯片，而是出售其ARM處理器結構的設計方案，各大芯片生產廠商根據設計方案來生產ARM結構的處理器芯片。這是一樁一本萬利的生意，各大廠商每生產一片ARM體系結構的處理器，就要向ARM公司支付一筆知識產權費用。僅是出售一套現有的內核方案就需要至少20萬美元，如果還需要特殊修改服務則更是需要上千萬美元。ARM公司也在不斷的升級、完善自己的產品以占據更多的市場份額。目前的32位微處理器市場上，ARM體系結構的產品已經占到7成以上，而且還在增長。ARM公司身體力行，用實踐證明了“知識就是財富”這句話的真實性。當然，這還要是在嚴格保護知識產權、嚴厲打擊盜版的國家和地區才行。
話分兩頭，單表買家。ARM處理器結構被各大芯片廠商采用，制作出高性能、低功耗的理器，然后推向市場（通常我們叫它“ARM處理器”，還有叫“ARM單片機的”）。這些廠家里包括三星電子（SAMSUNG）、飛思卡爾（ Freescale，摩托羅拉旗下公司）、思睿邏輯（CirrusLogic）、愛特梅爾（ATMEL）、恩智浦（NXP，飛利浦旗下公司）、國際商業機器公司（IBM）、德州儀器（TI）、富士通（FUJITSU）和任天堂等，相信這些公司不是腦門發熱的家伙，它們選擇ARM一定有更長遠的考慮。
處理器行業方興未艾，每天都會有新的技術和方案來滿足我們的需求。在低端市場有51單片機等8位處理器來滿足我們制作流水燈、電子鐘之類的作品，更可以作為控制類產品的開發。它們結構簡單、價格便宜、易學易用，是目前電子愛好者熱衷的玩藝兒。在高端市場，由x86結構的32位或64位的處理器來構成我們PC機的核心部分。它們性能極高、速度飛快，一邊看電影一邊聊QQ都不在話下。
而一些需要電池供電的手持設備上，如智能手機、高級游戲機、數碼相機、掌上電腦等消費類電子產品卻需要一款中端類型的處理器。ARM不是唯一的選擇，但卻是最好的選擇。蘋果的iPod、諾基亞N93、索愛K系列手機、戴爾的 PDA電腦、任天堂的掌上游戲機、多普達的智能手機、還有國內的一些山寨版電子產品上無不用到ARM的處理器。同時在世界范圍內的嵌入式行業也刮起了一股ARM的流行風，ARM的學習教程、開發實驗板、開發工具、仿真軟件日新月異、層出不窮。許多8051單片機的研發公司也開始向ARM轉型，而原本學習8051單片機的技術人員和愛好者也開始追趕流行，開始學習ARM技術。我個人認為這種“追趕時尚”多少存在一些非理性和麻木的因素。單片機行業真的要從8位轉向32位嗎？ARM全面取代8051是未來市場的趨勢嗎？作為單片機初學者的你應該怎么辦，是緊跟時代脈動，還是專心一門技術？以我個人拙見，根本沒有選擇的必要，下文中再與你細聊。
ARM最好的選擇，但不是唯一的選擇，與之競爭的對手也非等閑之輩。最有名的當屬英特爾公司出品的XScale處理器（芯片是在2003 年前后推出的，2006年英特爾退出嵌入式領域，將XScale處理器部門賣給了Marvell公司），XScale系列處理器從早期英特爾生產的PXA255、XA270到現在Marvell公司生產的PXA300、PXA310、PXA320，從性能上看都相當優秀。XScale處理器曾被應用在掌上電腦和智能手機上（如MOTO  E680）。有趣的是，XScale處理器也是在ARMV5TE核心的基礎上改進而成的。另外還有飛思卡爾公司的ColdFire（冷火）處理器架構、 AIM聯盟（蘋果、IBM、摩托羅拉的聯盟）所研發的PowerPC微處理器架構，以及MIPS技術公司的MIPS32和 MIPS64處理器架構。另外還有像AVR32等新型處理器不斷推出，這些都是32位嵌入式微處理器，這里就不一一介紹了。表1列出了ARM處理器的系列和應用。請注意表中“應用”這一列，也許你會發現一些熟知的電子產品。之前你在使用它們的時候并沒有去想它們的處理器是什么，因為這個問題顯得相當神秘，現在你知道了，原來那些看似復雜的產品都有一顆ARM“心”。
最近看到一條新聞，基于ARM處理器的上網本（見圖2）將在2010年6月份推出。但因為微軟公司的Windows操作系統不支持ARM處理器，所以ARM處理器的上網本將會使用Linux等操作系統。這條新聞預示著ARM開始進軍上網本市場，以其特有的實力將筆記本電腦變得更輕巧，未來的智能產品將會超出現在的想象。ARM還可以創造多少奇跡？讓我們拭目以待吧。

學習指南
許多朋友想學習 ARM，可是又不知道該從何入手。想聽聽我的傳奇經歷嗎？那是大學三年級離畢業之前，我在哈爾濱的電子市場看到了一款 LPC2200 處理器（飛利浦公司的 ARM 處理器產品）的開發板（見圖 3），這是飛利浦旗下的一款 ARM 處理器，帶一個真彩液晶屏，開機時很炫酷，隨板又贈送一本 ARM 基礎教程。當時很開心，在還沒把 8051 學出什么名堂的時候，就開始想轉戰 ARM 技術。當時這款產品要價 2000 元，我反復掙扎了很久，最后還是壓不住沖動的性子，把它買了下來。當時向債主爸爸許諾，一定在短期之內把 ARM 學好。我還真是下了狠心，在各位同學紛紛準備畢業設計論文的時候，我正抱著一本 ARM 基礎教程的書反復研究。當時還沒有什么好的 ARM 技術論壇，21IC 論壇上水太深，也不敢隨便冒泡。就這樣，短暫又美好的大學時光過去了，那時我已經自認為對 ARM 技術有了一定的了解。

書中主要講述 ARM7TDMI 的系統結構及原理，枯燥且難理解。如果是現在，我都懶得翻這種書，可當時卻是朝圣般地研讀。當時感覺 ARM 是一個結構非常復雜的微處理器，它是 32 位處理器，是一個超級單片機，要了解 ARM 的內核結構，精簡指令集的使用，還要學習匯編語言，最后就是學習一個叫 μC/OS-II 的操作系統。總而言之要學的內容比 8051 復雜，設計制作也就更難�；叵肫饋恚瑢Ξ敃r學過的內容已沒有什么印象了。
轉機出現在南下求職中。畢業之后許多同學留在了哈爾濱，而我卻選擇只身一人南下深圳，因為那里的電子行業發達，如果可以找到一家好公司可以學到很多經驗。和我一樣想法的人應該很多，可是最后的遭遇也各不相同，我還是比較幸運的，找到一家很不錯的嵌入式系統研發公司，老板對我也很好。我在那里從測試員做起，然后做到技術支持工程師，最后是產品經理。一路下來經歷了許多有趣的事情，也從一個產品應用的角度重新認識了ARM。我覺得后來在工作經驗中學到的ARM更成熟、更鮮活。
實踐中的ARM和書中的ARM完全不同。我要學習的內容從內核結構變成了操作系統，ARM的最大特點就是可以安裝嵌入式操作系統，包括在ARM7上安裝μC/OS-II，在 ARM9上安裝的Windows CE、VxWorks和Linux。安裝了操作系統的ARM其實是更簡單。以應用較廣泛的Windows CE來說，我們要開發的USB接口、以太網之類的功能早就已經模塊化了，可以直接加載使用。我們需要做的只是在用EVC 編譯器制作一個主程序和用戶界面。
所以ARM已經將強大的操作系統和底層硬件分隔開來，學習ARM其實是在學習操作系統。這就好像我們今天學習PC機的使用，其實主要是在學習W indows操作系統的使用一樣。學習ARM時如果從電腦軟件一端入手便會很容易，如果從單片機一端的硬件結構開始，那么學習會困難一些——主要是思維方式不同，學習的難度就有不同。但并不是說不可以這樣學習，把ARM處理器當成沒有操作系統的超級單片機使用也是很好的選擇。市場上許多介紹 ARM入門的書多是電子行業的資深人士，他們熟悉8051，當ARM出現時習慣上將ARM處理器當作高級版的單片機來看待，自然也就習慣性地從硬件入手教學。另一方面，現在已經非常成熟的電腦軟件開發的專家，多是用VC來編寫電腦軟件，如果讓他們使用EVC（嵌入式VC）來開發嵌入式系統自然不在話下，可惜他們并沒有及時地進入這個領域。所以由電腦軟件專家編寫的嵌入式系統開發教程更是鳳毛麟角。嵌入式系統要想快速發展，就需要由懂得單片機開發的硬件工程師和通曉電腦軟件開發的專家通力配合才能實現。目前業內也都意識到了這一點，嵌入式系統的未來值得期待。
作為個人來講，無論你是單片機愛好者，還是電子技術應用專業的在校大學生，在掌握8051應用之后都應該盡量學習一下ARM方面的知識。我個人推薦你學習三星電子公司出品的S3C2410或S3C2440處理器。它們是ARM9核心的，可以安裝Windows CE和Linux操作系統。市場上的學習板價格也便宜，圖書和資料也相當豐富。相信你會愛上圖型界面的開發的，那確實是很讓一個電子愛好者著迷的事情�，F在行業內嵌入式系統的開發人才短缺，學好ARM也會對找工作大有好處。

小結
文章寫到這里，也許有的朋友已經開始計劃學習ARM 了。我的文章煽動性確實很強，可是面對自己的未來計劃應該更理性、更冷靜的思考。首先ARM對于單純的電子愛好者而言并沒有單片機那么好玩。因為ARM處理器的價格較高，周邊的元器件也并不便宜。雖然用ARM可以開發一些智能化更高的產品（例如帶有彩色顯示屏的設備、以太網接口的設備等），但是做一個硬件制作下來需要幾百到幾千元，作為電子愛好者的DIY娛樂，確實是太奢侈了。所以多數學習ARM的人都是為了找到福利更好的工作，或者承接一些基于ARM的項目開發。如果你不是出于這兩種目的，對于ARM只了解就可以了。還有，ARM軟、硬件開發的復雜程度要比8位單片機高，如果8位單片機還沒有熟悉開發的時候就轉到ARM的學習，其實是不理智的行為。玩轉ARM處理器除了過硬的單片機功底，還需要軟件開發的能力，ARM開發中有80%的工作都是在軟件層面上，如果你學過電腦軟件的開發（如VB、VC開發），也接觸過操作系統（如Windows、Linux），再學習ARM就會事半功倍了。雖然操作系統會讓開發變得更方便快速，可是花時間研究操作系統也是必須的。最后結束一句吧：ARM很流行，也要量力而行。

作者: 無量壽經 時間: 2016-8-13 21:04
樓主總結得很好，支持！

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