Процессоры ARM – что это такое и «с чем их едят»
Процессоры ARM – что это такое и «с чем их едят». Появление на рынке производительных мобильных процессоров во многом стало настоящим революционным прорывом. Можно сказать, впервые у x86-архитектуры появился весомый конкурент, который если на первых этапах и занимал только лишь соседствующую нишу, то уже сегодня начинает всерьез теснить позиции долгожителя компьютерной индустрии.
Но в чем же отличие? Что такое архитектура ARM и чем она отличается от x86? В последней, используемой в процессорах Intel и AMD, применяется набор CISC-команд. Обработка на их основе очень функциональна, открывает просторы для программистов и разработчиков железа, но требует немалого количества энергоресурсов. Суть CISC, грубо говоря, заключается в том, что каждая поступаемая команда декодируется в простейший элемент и только потом обрабатывается.
В ARM все иначе. Она действует на основе RISC-команд, которые уже содержат готовый набор простейших элементов. Это уменьшает процессорную гибкость, но в разы увеличивается скорость обработки данных, и соответственно, уменьшает энергозатраты такого процессора.
Отсюда и получается, что x86 – это универсальная архитектура, пригодная для решения многих задач, в то время как ARM требует более тонкой заточки железа и возможности такой архитектуры несколько более ограничены. Однако возможности ARM становятся все более масштабными. Уже сейчас такие процессоры пригодны для стандартной офисной работы, воспроизведения медиа-контента, работы в интернете.
ARM быстро развивается, чему способствует и тот факт, что над данной технологией по франчайзингу трудятся десятки конкурентных брендов, в то время как над x86-архитектурой трудятся всего две корпорации, представители которых едва ли не прямо говорят о том, что в сегменте застой… а про ARM такого не скажешь.
Говоря о том, что такое чипы ARM следует отметить такой момент, как комплексность предлагаемых современных мобильных систем. ARM – это не просто один процессор. Как правило, в него входят: контроллер оперативной памяти, графический ускоритель, видеодекодер, аудиоокодек и опционально модули беспроводной связи. Такая система называется однокристальной. Другими словами, ARM – это чип на чипе.
На сегодняшний день ARM насчитывают несколько процессорных поколений:
ARM9. Чипы ARM9 могут достигать тактовой частоты 400 МГц. Эти чипы морально устарели, но по прежнему пользуются спросом. Например, в беспроводных маршрутизаторах и терминалах оплаты. Набор простых команд такого чипа позволяет с легкостью запускать многие Java-приложения.
ARM11. Процессоры ARM11 могут похвастаться более полным набором простых команд, расширяющих их функционал и высокой тактовой частотой (вплоть до 1 ГГц). Благодаря невысокому энергопотреблению и низкой себестоимости чипы ARM11 до сих пор применяются в смартфонах начального уровня.
ARMv7. Современные чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7, флагманские представители которого уже достигли отметки в восемь ядер и тактовой частоты свыше 2 ГГц. Разработанные непосредственно ARM Limited процессорные ядра принадлежат к линейке Cortex и большинство производителей однокристальных систем используют их без существенных изменений.
ARM Cortex-A8. Исторически первым процессорным ядром семейства ARMv7 было Cortex-A8, которое легло в основу таких известных SoC своего времени как Apple A4 (iPhone 4 и iPad) и Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S и Galaxy Tab). Оно демонстрирует примерно вдвое более высокую производительность по сравнению с предшествующим ARM11, и увы, более высокое энергопотребление, что делает данный чип ныне крайне непопулярным.
ARM Cortex-A9. Вслед за Cortex-A8 компания ARM Limited представила новое поколение чипов – Cortex-A9, которое сейчас является самым распространенным и занимает среднюю ценовую нишу. Производительность ядер Cortex-A9 выросла примерно втрое по сравнению с Cortex-A8, да еще и появилась возможность объединять их по два или даже четыре на одном чипе.
ARM Cortex-A5 и Cortex-A7. При проектировании процессорных ядер Cortex-A5 и Cortex-A7 компания ARM Limited преследовала одно и ту же цель – добиться компромисса между минимальным энергопотреблением ARM11 и приемлемым быстродействием Cortex-A8. Не забыли и про возможность объединения ядер по два-четыре – многоядерные чипы Cortex-A5 и Cortex-A7 мало-помалу появляются в продаже (Qualcomm MSM8625 и MTK 6589).
ARM Cortex-A15. Процессорные ядра Cortex-A15 стали логическим продолжением Cortex-A9 – как результат, чипам архитектуры ARM впервые в истории удалось примерно сравниться по быстродействию с Intel Atom, а это уже большой успех. Не зря ведь компания Canonical в системных требования к версии ОС Ubuntu Touch с полноценной многозадачностью указала двухъядерный процессор ARM Cortex-A15 или аналогичный Intel Atom.
Чипы ARM ждет великое будущее. Количество команд, частота работы, количество ядер активно растут, а энергопотребление продолжает оставаться на низком уровне. В будущем чипы ARM станут пригодными для полноформатной многозадачности, ныне свойственной лишь x86-системам. Однако, даже с условиями нынешнего вектора развития, говорить о том, что сегмент потребительской электроники полностью перейдет на чипы ARM – пока рано. И дело здесь, прежде всего, в цене. Стоимость мобильных чипов растет с геометрической прогрессией, в то время, как x86 продолжает дешеветь. Именно фактор цены наряду с разницей в функциональности, которая несколько будет преодолена, и складывается вполне понятный прогноз того, что развитые ARM-системы не скоро одержат безоговорочную победу в гонке за своего потребителя…
Процессоры ARM: особенности архитектуры, отличия и перспективы
Первые чипы ARM появились еще три десятилетия назад благодаря стараниям британской компании Acorn Computers (ныне ARM Limited), но долгое время пребывали в тени своих более именитых собратьев – процессоров архитектуры х86. Все перевернулось с ног на голову с переходом IT-индустрии в пост-компьютерную эпоху, когда балом стали править уже не ПК, а мобильные гаджеты.
Особенности архитектуры ARM
Начать стоит, пожалуй, с того, что в процессорной архитектуре x86, которую сейчас используют компании Intel и AMD, применяется набор команд CISC (Complex Instruction Set Computer), хоть и не в чистом виде. Так, большое количество сложных по своей структуре команд, что долгое время было отличительной чертой CISC, сначала декодируются в простые, и только затем обрабатываются. Понятное дело, на всю эту цепочку действий уходит немало энергии.
Чип ARM1 – первенец компании Acorn Computers, который производился на фабриках VLSIВ качестве энергоэффективной альтернативы выступают чипы архитектуры ARM с набором команд RISC (Reduced Instruction Set Computer). Его преимущество в изначально небольшом наборе простых команд, которые обрабатываются с минимальными затратами. Как результат, сейчас на рынке потребительской электроники мирно (на самом деле, не очень мирно) уживаются две процессорные архитектуры – х86 и ARM, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Первым в истории устройством на базе процессора архитектуры ARM был персональный компьютер BBC MicroАрхитектура х86 позиционируется как более универсальная с точки зрения посильных ей задач, включая даже столь ресурсоемкие, как редактирование фотографий, музыки и видео, а также шифрование и сжатие данных. В свою очередь архитектура ARM «выезжает» за счет крайне низкого энергопотребления и в целом-то достаточной производительности для важнейших на сегодня целей: прорисовки веб-страниц и воспроизведения медиaконтента.
Архитектурные отличия процессоров x86 (набор команд CISC) и ARM (набор команд RISC)Бизнес-модель компании ARM Limited
Сейчас компания ARM Limited занимается лишь разработкой референсных процессорных архитектур и их лицензированием. Создание же конкретных моделей чипов и их последующее массовое производство – это уже дело лицензиатов ARM, которых насчитывается превеликое множество. Есть среди них как известные лишь в узких кругах компании вроде STMicroelectronics, HiSilicon и Atmel, так и IT-гиганты, имена которых у всех на слуху – Samsung, NVIDIA и Qualcomm. С полным списком компаний-лицензиатов можно ознакомиться на соответствующей странице официального сайта ARM Limited.
Только компаний, получивших лицензию на производство чипов семейства ARM Cortex-A, насчитается несколько десятков, а ведь в портфолио ARM Limited есть и другие разработкиСтоль большое число лицензиатов вызвано в первую очередь обилием сфер применения ARM-процессоров, причем мобильные гаджеты – это лишь вершина айсберга. Недорогие и энергоэффективные чипы используется во встраиваемых системах, сетевом оборудовании и измерительных приборах. Платежные терминалы, внешние 3G-модемы и спортивные пульсометры – все эти устройства основаны на процессорной архитектуре ARM.
Российская компания «ПКК Миландр» со штаб-квартирой в Зеленограде, что интересно, тоже получила лицензию на производство чипов архитектуры ARMПо подсчетам аналитиков, сама ARM Limited зарабатывает на каждом произведенном чипе $0,067 в виде роялти. Но это сильно усредненная сумма, ведь по себестоимости новейшие многоядерные процессоры значительно превосходят одноядерные чипы устаревшей архитектуры.
Однокристальная система
С технической точки зрения называть чипы архитектуры ARM процессорами не совсем верно, ведь помимо одного или нескольких вычислительных ядер они включают целый ряд сопутствующих компонентов. Более уместными в данном случае являются термины однокристальная система и система-на-чипе (от англ. system on a chip).
Так, новейшие однокристальные системы для смартфонов и планшетных компьютеров включают контроллер оперативной памяти, графический ускоритель, видеодекодер, аудиоокодек и опционально модули беспроводной связи. Узкоспециализированные чипы могут включать дополнительные контроллеры для взаимодействия с периферийными устройствами, например датчиками.
Схема строения однокристальной системы с четырьмя ядрами ARM Cortex-A9Отдельные компоненты однокристальной системы могут быть разработаны как непосредственно ARM Limited, так и сторонними компаниями. Ярким тому примером являются графические ускорители, разработкой которых помимо ARM Limited (графика Mali) занимаются Qualcomm (графика Adreno) и NVIDIA (графика GeForce ULP).
Не стоит забывать и про компанию Imagination Technologies, которая ничем другим, кроме проектирования графических ускорителей PowerVR, вообще не занимается. А ведь именно ей принадлежит чуть ли не половина глобального рынка мобильной графики: гаджеты Apple и Amazon, планшетники Samsung Galaxy Tab 2, а также недорогие смартфоны на базе процессоров MTK.
Устаревшие поколения чипов
Морально устаревшими, но все еще широко распространенными процессорными архитектурами являются ARM9 и ARM11, которые принадлежат к семействам ARMv5 и ARMv6 соответственно.
ARM9. Чипы ARM9 могут достигать тактовой частоты 400 МГц и, скорее всего, именно они установлены внутри вашего беспроводного маршрутизатора и старенького, но все еще надежно работающего мобильного телефона вроде Sony Ericsson K750i и Nokia 6300. Критически важным для чипов ARM9 является набор инструкций Jazelle, который позволяет комфортно работать с Java-приложениями (Opera Mini, Jimm, Foliant и др.).
ARM11. Процессоры ARM11 могут похвастаться расширенным по сравнению с ARM9 набором инструкций и куда более высокой тактовой частотой (вплоть до 1 ГГц), хотя для современных задач их мощности тоже не достаточно. Тем не менее, благодаря невысокому энергопотреблению и, что не менее важно, себестоимости, чипы ARM11 до сих пор применяются в смартфонах начального уровня: Samsung Galaxy Pocket и Nokia 500.
Чип Broadcom Thunderbird – один из немногочисленных представителей поколения ARM11, который до сих пор применяется в Android-смартфонахСовременные поколения чипов
Все более-менее новые чипы архитектуры ARM принадлежат к семейству ARMv7, флагманские представители которого уже достигли отметки в восемь ядер и тактовой частоты свыше 2 ГГц. Разработанные непосредственно ARM Limited процессорные ядра принадлежат к линейке Cortex и большинство производителей однокристальных систем используют их без существенных изменений. Лишь компании Qualcomm и Apple создали собственные модификации на основе ARMv7 – первая назвала свои творения Scorpion и Krait, а вторая – Swift.
Чип Apple A6 (ядро Swift) – первая попытка Купертино собственноручно модифицировать архитектуру ARMv7ARM Cortex-A8. Исторически первым процессорным ядром семейства ARMv7 было Cortex-A8, которое легло в основу таких известных SoC своего времени как Apple A4 (iPhone 4 и iPad) и Samsung Hummingbird (Samsung Galaxy S и Galaxy Tab). Оно демонстрирует примерно вдвое более высокую производительность по сравнению с предшествующим ARM11. К тому же, ядро Cortex-A8 получило сопроцессор NEON для обработки видео высокого разрешения и поддержку плагина Adobe Flash.
Правда, все это негативно сказалось на энергопотреблении Cortex-A8, которое значительно выше чем у ARM11. Несмотря на то, что чипы ARM Cortex-A8 до сих пор применяются в бюджетных планшетниках (однокристальная система Allwiner Boxchip A10), их дни пребывания на рынке, по всей видимости, сочтены.
Однокристальная система TI OMAP 3 – представитель некогда популярного, но сейчас уже угасающего поколения ARM Cortex-A8ARM Cortex-A9. Вслед за Cortex-A8 компания ARM Limited представила новое поколение чипов – Cortex-A9, которое сейчас является самым распространенным и занимает среднюю ценовую нишу. Производительность ядер Cortex-A9 выросла примерно втрое по сравнению с Cortex-A8, да еще и появилась возможность объединять их по два или даже четыре на одном чипе.
Сопроцессор NEON стал уже необязательным: компания NVIDIA в своей однокристальной системе Tegra 2 его упразднила, решив освободить побольше места для графического ускорителя. Правда, ничего хорошего из этого не вышло, ведь большинство приложений-видеопроигрывателей все равно ориентировались на проверенный временем NEON.
Почти все флагманские планшетные компьютеры образца 2011 года были построены на базе чипа NVIDIA Tegra 2Именно во времена «царствования» Cortex-A9 появились первые реализации предложенной ARM Limited концепции big.LITTLE, согласно которой однокристальные системы должны иметь одновременно мощные и слабые, но энергоэффективные процессорные ядра. Первой реализацией концепции big.LITTLE стала система-на-чипе NVIDIA Tegra 3 с четырьмя ядрами Cortex-A9 (до 1,7 ГГц) и пятым энергоэффективным ядром-компаньоном (500 МГц) для выполнения простеньких фоновых задач.
ARM Cortex-A5 и Cortex-A7. При проектировании процессорных ядер Cortex-A5 и Cortex-A7 компания ARM Limited преследовала одно и ту же цель – добиться компромисса между минимальным энергопотреблением ARM11 и приемлемым быстродействием Cortex-A8. Не забыли и про возможность объединения ядер по два-четыре – многоядерные чипы Cortex-A5 и Cortex-A7 мало-помалу появляются в продаже (Qualcomm MSM8625 и MTK 6589).
Схема строения однокристальной системы c четырьмя ядрами ARM Cortex-A5ARM Cortex-A15. Процессорные ядра Cortex-A15 стали логическим продолжением Cortex-A9 – как результат, чипам архитектуры ARM впервые в истории удалось примерно сравниться по быстродействию с Intel Atom, а это уже большой успех. Не зря ведь компания Canonical в системных требования к версии ОС Ubuntu Touch с полноценной многозадачностью указала двухъядерный процессор ARM Cortex-A15 или аналогичный Intel Atom.
Первой массовой однокристальной системой Cortex-A15 стала двухъядерная Exynos 5250, которая применяется в планшетнике Google Nexus 10 и лэптопе Samsung ChromebookОчень скоро в продажу поступят многочисленные гаджеты на базе NVIDIA Tegra 4 с четырьмя ядрами ARM Cortex-A15 и пятым ядром-компаньоном Cortex-A7. Вслед за NVIDIA концепцию big.LITTLE подхватила компания Samsung: «сердцем» смартфона Galaxy S4 стал чип Exynos 5 Octa с четырьмя ядрами Cortex-A15 и таким же количеством энергоэффективных ядер Cortex-A7.
Схема однокристальной системы big.LITTLE с процессорными ядрами ARM Cortex-A15 (big) и Cortex-A7 (LITTLE)Дальнейшие перспективы
Мобильные гаджеты на базе чипов Cortex-A15 еще толком не появились в продаже, а основные тенденции дальнейшего развития архитектуры ARM уже известны. Компания ARM Limited уже официально представила следующее семейство процессоров ARMv8, представители которого в обязательном порядке будут 64-разрядными. Открывают новую эпоху RISC-процессоров ядра Cortex-A53 и Cortex-A57: первое энергоэффективное, а второе высокопроизводительное, но оба способны работать с большими объемами оперативной памяти.
Производители потребительской электроники семейством процессоров ARMv8 пока особо-то не заинтересовались, но на горизонте вырисовались новые лицензиаты, планирующие вывести чипы ARM на серверный рынок: AMD и Calxeda. Идея новаторская, но вполне имеет право на жизнь: те же графические ускорители NVIDIA Tesla, состоящие из большого числа простых ядер, на практике доказали свою эффективность как серверных решений.
Разработка электроники
Разработка электроники состоит из последовательной разработки блок-схемы, принципиальной схемы и печатной платы (или нескольких плат).В мире не существует ни одного «эксперта во всем». Ниже перечислены направления аппаратных разработок, в которых в Synergy Team накоплен существенный опыт.
Чем больше наш опыт соответствует вашим потребностям, тем быстрее и лучше мы сможем выполнить ваш проект.
Современные контроллеры и процессоры
Для простых устройств мы используем однокристальные микроконтроллеры с ядром ARM-Cortex-M0,M1,M3,M4,M7. Накоплен большой опыт по использованию семейства STM32.
Для более сложных устройств мы используем процессоры ARM-9 или ARM-Cortex-A7,А8 с внешними микросхемами оперативной памяти и Flash. Накоплен опыт по использованию процессоров компаний Freescale, Atmel (Microchip), TI. Часто оправдано использование в одном устройстве двух процессоров: мощного для ресурсоемких приложений и небольшого однокристального – для простых приложений реального времени.
Для IoT устройств, требовательных к стоимости и небольшим размерам, мы используем микросхемы System on Chip (SoC), содержащие процессорное ядро и память в одном корпусе.
Порты ввода-вывода и сетевые интерфейсы
Мы умеем делать модули ввода-вывода с различными типами входов-выходов, в том числе:
-
токовые входы 4..20mA;
-
потенциальные входы 0..10VDC ;
-
потенциальные входы напряжения 0…380VAC;
-
дискретные входы с общим плюсом и минусом, а также с резервным питанием, позволяющим продолжать подсчет импульсов в течение длительного времени после отключения сетевого питания;
-
счетные входы с контролем целостности шлейфа — NAMUR;
-
выходы «Общий коллектор»;
-
гальванически изолированные входы и выходы;
-
источники питания с ограничением максимального тока для защиты токовых входов от выхода из строя.
Силовая электроника
В наших продуктах мы используем современные блоки питания с компактными габаритами и высоким КПД. Имеется опыт применения массовых и дешевых китайских микросхем.
Многие наши устройства имеют встроенные изолированные блоки сетевого питания питания для работы от однофазной или трехфазной сети переменного тока 220/380VAC или от напряжения 18..72V постоянного тока (промышленная автоматика и системы связи).
Также мы имеем опыт реализации в наших устройствах источников дистанционного напряжения для питания удаленных устройств: от 48VDC (для PoE устройств) до 600VDC (системы магистральной проводной связи).
До настоящего момента наш опыт был ограничен разработкой источников питания от 3 до 500 Ватт. Но мы чувствуем в себе силы на большее.
Мы умеем рассчитывать трансформаторы и отлаживать цепи стабилизации и обратной связи для изолированных источников питания, выполненных по топологиям Flyback и Forward, которые также могут содержать входные PFC преобразователи и выходные синхронные выпрямители.
Источники резервного питания: на суперконденсаторах, LiIon или свинцовых батареях
Примерно в 30% случаев потеря связи с удаленным контроллером связана с пропаданием сетевого питания. Выезды инженеров на объекты стоят дорого, а проблемы отключения питания как правило, могут быть решены местным персоналом: простые – охранником, более сложные – электриком. Для того, чтобы точно определить, что устройство прекратило работать из-за отсутствия сетевого напряжения, оно должен быть снабжено системой резервного питания, рассчитанной всего на несколько минут. Этого хватит, чтобы передать на сервер сообщение или СМС «отключено сетевое питание».
Для решения таких задач наиболее эффективным является использование суперконденсаторов (EDLC). Они в минимальной степени подвержены старению, не боятся отрицательных температур, рассчитаны на практически бесконечное количество циклов «заряд-разряд» (> 500 000).
Стоит отметить, что требуется определенный опыт работы с суперконденсаторами: они «боятся» высоких температур, при последовательном соединении требуют балансировки, из-за большого количества производителей с разным качеством требуется их входной и выходной контроль и т.д. В компании Synergy Team накоплен большой опыт работы с суперконденсаторами и разработаны типовые решения для их использования.
Для приложений, где необходимо поддержание работы контроллеров в течение нескольких часов после пропадания электроэнергии, использование суперконденсаторов неоправданно дорого. Для таких применений оптимально использовать свинцовые или литий-ионные аккумуляторы. Причем, если ресурс работы контроллера должен превышать 3 года без необходимости замены аккумулятора (большинство применений), преимуществом обладают LiIon аккумуляторы. Компания Synergy Team использует в контроллерах сбора данных LiIon-полимерные (Polymer LiIon или LiPol) аккумуляторы с повышенным ресурсом работы, предназначенные для работы в промышленном температурном диапазоне -40 … +60 C и имеющие высокий ресурс.
Проверки перед запуском в производство
Для каждого этапа работ мы разработали чек-листы для проверки качества (что занимает существенное время, но однозначно экономит время выполнения всего проекта).
После завершения разработки мы обязательно делаем габаритный макет и проверяем изделие на собираемость.
Разработка встроенного ПО
Самым длительным этапом работы, как правило, является разработка встроенного программного обеспечения. Этот этап обычно продолжается на протяжении всего жизненного цикла изделия: живому проекту постоянно требуются доработки и улучшения.ARM контроллеры в небольших упаковках
Меньшие пакеты, более конкретно пакеты с меньшим количеством контактов, обычно дешевле . Обычно, потому что это также зависит от технологии; Например, технология QFP дешевле, чем CSP (Chip Scale Package). Я предполагаю этот WLP (пакет уровня вафли) для LPC1102UK
это наименьший пакет ARM на сегодняшний день, корпус 2,17 х 2,32 х 0,6 мм, с 16 ударами. Это чертовски мало, но стоит почти 5 долларов за штуку (Digi-Key). Даже за 3000 штук цена по-прежнему превышает 2 доллара США. (Помните, это Cortex M0, ARM самого низкого уровня.)
Из недавних ограниченных исследований я обнаружил, что в очень маленьких корпусах есть несколько устройств Cortex M, я не нашел ничего подобного, например, SOT23-8. Помимо TI LM3S101 в пакете Фреда Флинстоуна (он же SOIC-28), большинство пакетов, похоже, QFP и QFN , и больше из первых , чем последние.
Это несколько удивительно, так как технология сборки печатной платы для обоих одинакова, оба могут быть проверены , например, с помощью летающего зонда (что невозможно на CSP). Тем не менее, QFN требует гораздо меньше места, чем эквивалентный QFP.
Объяснение — спрос , конечно. Очевидно, что большинство клиентов не нуждаются в меньшем пространстве QFN (пока). Некоторые производители достаточно гибки в отношении упаковки и могут быть готовы представить новую упаковку для существующего устройства, если вы покупаете, скажем, 100 тыс. Устройств в год. Это имеет больше административных, чем технических последствий. Таким образом, в то время как ARM широко распространен, большинству клиентов либо понадобятся меньшие количества, либо новый пакет не нужен.
Тем не менее, я ожидаю, что ARM станут доступны в меньших пакетах, например, менее 20 пинов. Специально для Cortex M0 это понадобится, чтобы успешно снять 8-битный ветер с парусов. Хотя SOT23 не может быть вариантом, я вижу много возможностей в QFN и особенно в DFN.
В отличие от DIL DFN не ограничивается определенной шириной. Этот стол
показывает, сколько вариантов доступно только от одного производителя . Таким образом, всегда есть решение для определенного количества пинов и размера матрицы.
Например, небольшие контроллеры, такие как LPC1102, легко поместятся в 3х3 мм QFN-16, но, видимо (и, к сожалению?) Этого еще не произошло.
Каскод
Появление новых серий микропроцессоров и микроконтроллеров позволяет существенно уменьшить габариты, вес, потребляемую мощность, стоимость современных электронных устройств. Так, например, электроника современного промышленного компьютера на базе процессора Cortex-A8 (ARM) 600-1000МГц содержит в своем составе быстродействующие видео контроллеры, звуковые устройства, ОЗУ от 600Мбайт, флеш память от 1Гбайт, и т.д., при размере платы 90х96 мм. Современный промышленный контроллер при габарите платы 90х96 мм имеет от 10 до 24 каналов АЦП, 7-10 таймеров, от одного до трех блоков обработки и формирования импульсных сигналов, сетевой CAN-интерфейс или 2 последовательных канала 232/485, от 40 до 80 дискретных линий ввода-вывода, RISC-процессор с временем выполнения команды 20-150 нс.
Однако использование современных компонентов и обеспечение необходимого качества готовой продукции возможно только при использовании новых технологий сборки и тестирования. Например, современный корпус микросхемы типа PBGA на 515 выводов (14×14мм) имеет диаметр вывода 0,3 мм и расстояние 0,5 мм между выводами. Распаять качественно вручную подобные изделия без применения специального оборудования практически невозможно. Применение готовых модулей, изготовленных в соответствующих стандартах (в этом случае поддержка осуществляется сразу несколькими производителями), позволяет разработчикам существенно сократить срок разработки электронных систем, обеспечивает их быстрый ремонт и модернизацию.
ООО «КАСКОД-ЭЛЕКТРО» предлагает широкий выбор компьютерных модулей, которые можно представить в виде трех основных групп:
- промышленные компьютеры и периферия;
- промышленные контроллеры;
- контроллеры на базе DSP процессоров.
Промышленные ARM компьютеры-контроллеры в стандарте PC/104 имеют малые габариты, возможность непосредственного запуска программ из ПЗУ, низкое потребление энергии, отсутствие принудительного охлаждения. Эта особенность позволяет использовать их в качестве универсальных программируемых контроллеров работающих в жестких условиях эксплуатации. Основной особенностью ARM компьютеров является очень низкое потребление энергии (единицы Ватт) при достаточно высокой производительности и возможность непосредственного исполнения программ, находящихся в ПЗУ. Непосредственное исполнение програмы, находящейся в ПЗУ обеспечивает быстрый старт и перезагрузку системы, поскольку не требуется загрузка в ОЗУ исполняемой программы, находящейся в ПЗУ. ARM компьютеры могут поставляться с операционной системой или с интегрированной интерактивной системой разработки и отладки программного обеспечения. Новое поколение высокопроизводительных ARM процессоров Cortex-A8 содержит в своем составе высокопроизводительный математический векторный сопроцессор с плавающей точкой позволяющий существенно ускорить выполнение сложных математических задач.
Промышленные PC компьютеры в стандарте PC/104 обладают возможностью запуска программ в ОЗУ, с помощью их перезагрузки из ПЗУ, что также позволяет использовать PC компьютеры в качестве универсальных программируемых контроллеров. Основным достоинством при использовании подобных устройств является использование хорошо известного программного обеспечения, т.е. фактически во время разработки пользователь может использовать типовую операционную систему обычного PC-компьютера, а также языки высокого уровня (СИ++, СИ,Форт, Паскаль, Бейсик и т.д.). После завершения процесса разработки и отладки готовая программа прожигается во флеш ПЗУ, которое установлено на плате компьютера, с помощью средств, находящихся на этой же плате. После прожига программы в ПЗУ, во время включения питания, стартовый загрузчик процессора перекачивает ядро операционной системы и разработанную программу из ПЗУ в ОЗУ и передает на нее управление. Процесс разработки и отладки системы при использовании готовых модулей ввода-вывода и языков высокого уровня может составить всего несколько часов.
Наибольший выигрыш от применения компьютерных модулей разработчик получает в системах, использующих накопители большой емкости (винчестеры, карты PCMCIA, CD-ROM накопители и т.д.) и мониторы высокого разрешения (SVGA). В этом случае в распоряжении пользователя — высокоуровневая поддержка операционной системы и большое количество готовых драйверов для работы с накопителями различного типа и видеоконтроллерами. Относительно дорогая электроника встраиваемого компьютера используется в этом случае максимально эффективно.
Основным недостатком РС-компьютеров, при использовании их во встраиваемых системах, является медленный старт, поскольку при включении питания происходит тестирование периферии процессорного модуля, инициализация и перекачка ядра операционной системы, пользовательской программы из ПЗУ в ОЗУ, и только затем система передает управление пользовательской программе. Типовое время старта системы — от десятков секунд до нескольких минут в зависимости от типа процессорного модуля и типа операционной системы. То же время необходимо в случае перезапуска компьютера с помощью сторожевого таймера (Watchdog timer) , т.е. система зависает в ожидании рестарта. Отключение блока инициализации операционной системы приводит к потере основного преимущества — возможности использования операционной системы и, как следствие этого, возможности использования готового программного обеспечения.
Другими серьезными недостатками использования PC-компьютеров в системах управления являются:
- медленная реакция 8088-совместимых процессоров на прерывания;
- отсутствие в системе команд инструкций для работы с битами;
- медленное выполнение арифметических операций;
- отсутствие хороших компиляторов с языков высокого уровня для 8088 cовместимых процессоров, позволяющих строить код, исполняемый из ПЗУ;
- медленная работа типовой PC-периферии;
- высокая стоимость при использовании в простых и дешевых системах.
Микропроцессорные контроллеры,предназначенные для эффективной работы в системах управления, позволяют избавиться от перечисленных выше недостатков. Такие контроллеры построены на современных микропроцессорах, обладающих мощной системой команд, позволяющей эффективно обрабатывать прерывания, и имеющих в своем составе таймеры, блоки обработки и формирования импульсных сигналов, последовательные и параллельные порты ввода-вывода, аналого-цифровые преобразователи, сетевые интерфейсы и т.д. Контроллер подобного типа может заменить до 4-х плат обычного PC-компьютера с подключенными модулями ввода-вывода (например, контроллеры на базе 16-ти разрядных микроконтроллеров Infineon C16х или на базе 32- разрядных микроконтроллеров ARM7, ARM9,Cortex), обеспечивая при этом более высокое быстродействие при работе с внешними устройствами. Время «холодного» старта системы (по включению питания) составляет от долей микросекунды до нескольких микросекунд. За это же время сторожевой таймер (Watchdog timer) восстанавливает работу системы в случае возникновения сбоя. Встроенные сетевые интерфейсы (например CAN) позволяют строить мощные распределенные цифровые системы управления.
Микропроцессорные контроллеры на базе DSP процессоров (Digital Signal Processors) обладают производительностью до 10 млрд. плавающих операций в секунду. Мощная архитектура таких контроллеров ориентирована на цифровую обработку сигналов и на решение сложных математических задач. Такие контроллеры способны работать не только в качестве «сопроцессоров» в составе PC-компьютеров, но и автономно при решении сложных вычислительных задач или цифровой обработки сигналов.
Трудности, связанные с разработкой и отладкой программ для контроллеров, обладающих только «голым железом», в значительной степени уменьшаются с появлением в новых типах микроконтроллеров стартовых загрузчиков (Boot loaders), которые при включении питания позволяют загружать программы в ОЗУ контроллеров (80C166/167/164/161, ARM7, ARM9, TMS320C33/674х/645х, ADSP-TS20х и т.д.) через последовательные или шинные интерфейсы.
Например, такой контроллер может работать только с ОЗУ, если он подключен через RS232/485 к обычному PC-компьютеру. При запуске специально подготовленного EXE- или COM-модуля на компьютере контроллер автоматически загружает в ОЗУ программу и передает на нее управление. При желании готовую программу можно «прожечь» в ПЗУ с помощью аппаратных средств самого контроллера.
Разработка и отладка программ с использованием нового поколения отладочных средств ведется в интерактивном режиме при использовании реальных аппаратных средств, что в значительной степени позволяет сократить время разработки и отладки программ, повысить их надежность.
Такими будут процессоры в будущих iPhone: представлена архитектура ARMv9
Компания ARM представила свою новую архитектуру ARMv9, первую за последнее десятилетие. Она будет полностью совместима с текущей ARMv8, которая «сегодня обеспечивает лучшую производительность на ватт везде, где происходят вычисления».
«Поскольку мы смотрим в будущее, которое будет определяться ИИ, мы должны заложить фундамент передовых вычислительных технологий, которые будут готовы к решению грядущих уникальных задач», — сказал Саймон Сегарс, генеральный директор ARM. «ARMv9 — это наш ответ. Она будет в основе следующих 300 миллиардов чипов на базе ARM».
При создании ARMv9 компания сделала упор на безопасность, представив архитектуру конфиденциальных вычислений Arm (CCA). Конфиденциальные вычисления защищают части кода и данных от доступа или модификации во время использования, также Arm CCA позволяет проводить вычисления в специальных защищенных динамически создаваемых областях — Realms.Конечно, компания ARM не могла пройти мимо постоянно растущего числа задач с ИИ. Совместно с Fujitsu была создана технология Scalable Vector Extension (SVE), которая лежит в основе Fugaku, самого быстрого суперкомпьютера в мире. Улучшенная SVE2 в ARMv9 обеспечивает расширенные возможности машинного обучения и цифровой обработки сигналов в более широком спектре приложений, включая работу с 5G, дополненной и виртуальной реальностями и задачами умного дома.
Что касается общего роста производительности, то ARMv9 в течение следующих двух поколений мобильных SoC обещает прирост до 30%. Это будет достигнуто в том числе благодаря использованию технологии ARM Total Compute, которая повысит общую производительность вычислений за счет целенаправленной оптимизации оборудования и программного обеспечения на системном уровне.
Кроме того, ARM разрабатывает несколько технологий для увеличения частоты, пропускной способности и размера кэша, а также уменьшения задержки памяти, чтобы максимизировать производительность процессоров на базе ARMv9. Первые решения на базе новой архитектуры мы можем увидеть уже в конце этого года.
iGuides в Telegram — t.me/igmedia
iGuides в Яндекс.Дзен — zen.yandex.ru/iguides.ru
К1986ВЕ92QI — характеристики, документация — 1986ВЕ9х (ядро ARM Cortex-M3)
Состояние разработки
Опытно-конструкторская работа завершена 12.10.2010
Варианты поставки изделия
с приемкой ОТК («1»)
Ближайший аналог
STM32F103x
Тип корпуса
LQFP64
Температурный диапазон
минус 40°С…+85°С
ТУ
ТСКЯ.431296.021СП
ТСКЯ.431000.001ТУ
Ядро
Cortex-M3
TMS570LC4357-EP техническое описание, информация о продукте и поддержка
Устройство TMS570LC4357-EP является частью серии Hercules TMS570 высокопроизводительных микроконтроллеров автомобильного уровня на базе ARM® Cortex®-R. Доступна исчерпывающая документация, инструменты и программное обеспечение для помощи в разработке приложений функциональной безопасности ISO 26262 и IEC 61508. Начните оценивать сегодня с помощью комплекта разработчика Hercules TMS570LC43x LaunchPad. Устройство TMS570LC4357-EP имеет встроенные диагностические функции, включая: синхронизацию двух ЦП, логику встроенного самотестирования (BIST) для ЦП, сопроцессоров N2HET и встроенных SRAM; ECC-защита кэшей L1, флэш-памяти L2 и памяти SRAM.Устройство также поддерживает ECC или защиту по четности для периферийных запоминающих устройств и возможность обратной связи на периферийных устройствах ввода / вывода.
Устройство TMS570LC4357-EP объединяет два процессора с плавающей запятой ARM Cortex-R5F, работающих в синхронном режиме, которые обеспечивают эффективное значение 1,66 DMIPS / МГц и могут работать на частоте до 300 МГц, обеспечивая до 498 DMIPS. Устройство поддерживает формат с прямым порядком байтов [BE32].
Устройство TMS570LC4357-EP имеет 4 МБ встроенной флэш-памяти и 512 КБ ОЗУ для данных с однобитовой коррекцией ошибок и двухбитным обнаружением ошибок.Флэш-память в этом устройстве представляет собой энергонезависимую, электрически стираемую и программируемую память, реализованную с помощью интерфейса шины данных шириной 64 бита. Вспышка работает от источника питания 3,3 В (того же уровня, что и питание ввода-вывода) для всех операций чтения, программирования и стирания. SRAM поддерживает доступ для чтения и записи в режимах байта, полуслова и слова.
Устройство TMS570LC4357-EP оснащено периферийными устройствами для приложений управления в реальном времени, включая два синхронизирующих сопроцессора с высокопроизводительным таймером нового поколения (N2HET) с общим количеством терминалов ввода-вывода до 64.
N2HET — это усовершенствованный интеллектуальный таймер, который обеспечивает сложные функции синхронизации для приложений реального времени. Таймер управляется программным обеспечением, со специализированным микромашиной таймера и подключенным портом ввода / вывода. N2HET может использоваться для выходов с широтно-импульсной модуляцией, входов захвата или сравнения или GPIO. N2HET особенно хорошо подходит для приложений, требующих информации от нескольких датчиков или приводов исполнительных механизмов со сложными и точными временными импульсами. Высокопроизводительный модуль передачи таймера (HTU) может выполнять транзакции типа DMA для передачи данных N2HET в основную память или из нее.Блок защиты памяти (MPU) встроен в HTU.
Модуль расширенного широтно-импульсного модулятора (ePWM) может генерировать сигналы сложной ширины импульса с минимальными затратами ресурсов процессора или вмешательством. EPWM прост в использовании и поддерживает ШИМ высокого и низкого уровня, а также создание зоны нечувствительности. Благодаря встроенной защите зоны срабатывания и синхронизации со встроенным MibADC, ePWM идеально подходит для приложений цифрового управления двигателем.
Модуль расширенного захвата (eCAP) необходим в системах, где важен точно синхронизированный захват внешних событий.ECAP также можно использовать для мониторинга выходов ePWM или для простого генерирования PWM, когда это не требуется для приложений захвата.
Модуль расширенного квадратурного импульсного энкодера (eQEP) напрямую взаимодействует с линейным или поворотным инкрементальным энкодером для получения информации о положении, направлении и скорости от вращающейся машины, которая используется в высокопроизводительных системах управления движением и положением.
Устройство имеет два MibADC с 12-разрядным разрешением, 41 общий канал и 64 слова буферного ОЗУ с защитой четности.Каналы MibADC могут быть преобразованы индивидуально или группами для специальных последовательностей преобразования. Шестнадцать каналов используются двумя MibADC. Каждый MibADC поддерживает три отдельные группы. Каждую последовательность можно преобразовать один раз при запуске или настроить для режима непрерывного преобразования. MibADC имеет 10-битный режим для использования, когда требуется совместимость со старыми устройствами или более быстрое преобразование. Один из каналов в MibADC1 и два канала в MibADC2 могут использоваться для преобразования измерений температуры от трех встроенных датчиков температуры.
Устройство имеет несколько интерфейсов связи: пять MibSPI; четыре интерфейса UART (SCI), два с поддержкой LIN; четыре CAN; два модуля I2C; один контроллер Ethernet; и один контроллер FlexRay. SPI обеспечивает удобный метод последовательного взаимодействия для высокоскоростной связи между устройствами аналогичного типа со сдвиговым регистром. LIN поддерживает стандарт Local Interconnect (LIN 2.1) и может использоваться как UART в полнодуплексном режиме с использованием стандартного формата Non-Return-to-Zero (NRZ). DCAN поддерживает CAN 2.0B и использует последовательный протокол связи с несколькими ведущими, который эффективно поддерживает распределенное управление в реальном времени со скоростью передачи данных до 1 Мбит / с. DCAN идеально подходит для приложений, работающих в шумных и суровых условиях (например, в автомобилестроении и промышленности), где требуется надежная последовательная связь или мультиплексная проводка. Контроллер FlexRay использует двухканальный последовательный протокол связи с несколькими ведущими с фиксированной временной разверткой со скоростью передачи 10 Мбит / с на канал.Блок передачи FlexRay (FTU) обеспечивает автономную передачу данных FlexRay в и из основной памяти ЦП. Передачи HTU защищены специальным встроенным MPU. Модуль Ethernet поддерживает интерфейсы MII, RMII и Management Data I / O (MDIO). Модуль I2C — это модуль связи с несколькими ведущими, обеспечивающий интерфейс между микроконтроллером и устройством, совместимым с I 2 C, через последовательную шину I 2 C. Модуль I2C поддерживает скорости 100 и 400 кбит / с.
Модуль синхронизации с частотно-модулированной фазовой автоподстройкой частоты (FMPLL) умножает внешнюю опорную частоту на более высокую частоту для внутреннего использования.Модуль Global Clock Module (GCM) управляет отображением между доступными источниками синхронизации и доменами внутренних часов устройства.
Устройство также имеет два модуля предварительного делителя частоты (ECP). Когда этот параметр включен, ECP выводят непрерывный внешний синхросигнал на шарики ECLK1 и ECLK2. Частота ECLK — это программируемое пользователем соотношение тактовой частоты периферийного интерфейса (VCLK). Этот низкочастотный выход можно контролировать извне как индикатор рабочей частоты устройства.
Контроллер прямого доступа к памяти (DMA) имеет 32 канала, 48 периферийных запросов и защиту ECC в своей памяти.MPU встроен в DMA для защиты памяти от ошибочной передачи.
Модуль сигнализации об ошибках (ESM) отслеживает ошибки устройства на кристалле и определяет, срабатывает ли прерывание или внешний вывод ошибки (nERROR) при обнаружении сбоя. Сигнал nERROR может отслеживаться извне как индикатор неисправности микроконтроллера.
Интерфейс внешней памяти (EMIF) обеспечивает расширение памяти для асинхронной и синхронной памяти или других ведомых устройств.
Модуль наложения параметров (POM) включен для расширения возможностей отладки кода приложения. POM может перенаправлять доступ к флеш-памяти во внутреннюю RAM или EMIF, тем самым избегая шагов перепрограммирования, необходимых для обновления параметров во флеш-памяти. Эта возможность особенно полезна во время циклов калибровки системы в реальном времени.
Реализовано несколько интерфейсов для расширения возможностей отладки кода приложения. Помимо встроенных функций отладки ARM Cortex-R5F CoreSight, встроенный кросс-триггер (ECT) поддерживает взаимодействие и синхронизацию нескольких запускающих событий в SoC.Макроячейка внешней трассировки (ETM) обеспечивает трассировку инструкций и данных выполнения программы. Для инструментальных целей реализован модуль порта трассировки ОЗУ (RTP) для поддержки высокоскоростной трассировки ОЗУ и доступа к периферийным устройствам со стороны ЦП или любого другого ведущего устройства. Модуль модификации данных (DMM) дает возможность записывать внешние данные в память устройства. И RTP, и DMM не влияют на время выполнения программы кода приложения или оказывают минимальное влияние на него.
Благодаря встроенным функциям безопасности и широкому выбору периферийных устройств для связи и управления, устройство TMS570LC4357-EP является идеальным решением для высокопроизводительных приложений управления в реальном времени с критически важными требованиями к безопасности.
ARM микроконтроллер | Архитектура | особенности | версии
Эта статья посвящена основам микроконтроллера arm, его введению, архитектуре, версиям, функциям и приложениям. ARM — это сокращение от «Advanced RISC Machines». Процессор ARM принадлежит к семейству процессоров, в основе которых лежит компьютер с сокращенным набором команд (RISC). Процессоры ARM могут быть 32-битными или 64-битными. Процессоры RISC имеют более высокую скорость, потому что они выполняют небольшое количество инструкций.
ARM микроконтроллер
Процессоры ARM имеют меньшее количество транзисторов, поскольку они имеют сокращенный набор команд, что позволяет уменьшить размер ИС. Таким образом, экономия места также. Большинство электронных устройств, таких как планшеты, мобильные телефоны, смартфоны и другие мобильные устройства, состоят из этих процессоров. Объединив микропроцессор ARM с ОЗУ, ПЗУ и другими периферийными устройствами в одном чипе, мы получаем микроконтроллер ARM, например, LPC2148.
ARM
АРХИТЕКТУРЫ32-битная архитектура хранилища загрузки RISC присутствует в машинах ARM.Манипулирование памятью невозможно напрямую; регистры используются для этой цели. Набор инструкций предлагает различные варианты операций, но основное внимание уделяется сокращению количества циклов, необходимых для каждой инструкции.
Все инструкции, представленные в ARM ISA, являются условными. Условие AL сопровождается инструкциями нормального выполнения. За исключением условия AL, также доступны 14 других условий. Количество транзисторов увеличилось с 30000 в ARM2 до 26 миллионов в ARM Cortex-A9.Также была разработана архитектура Thumb, поддерживающая 16-битные инструкции. Увеличение плотности кода привело к падению производительности этих машин. Но это компенсировал Thumb 2.
БОЛЬШОЙ БОЛЬШЕ
Режим большого пальца был реализован в процессорах ARM7TDMI для улучшения плотности скомпилированного кода. В этом режиме выполняются 16-битные инструкции, и они отображаются на обычные инструкции ARM.
Коды операций меньшего размера демонстрируют меньшую функциональность.Некоторые коды операций не могут получить доступ ко всем регистрам, и только ответвления можно выбрать как условные. Меньшие коды операций более эффективны.
Обычно очень небольшой объем оперативной памяти доступен с 32-битным каналом данных во встроенном оборудовании. Доступ к остальной части осуществляется по 16-битному пути. Поэтому становится логичным использовать 16-битный код большого пальца, а более широкие инструкции могут быть помещены в память, доступную для 32-битной. ARM7TDI был первым процессом, имеющим декодер инструкций большого пальца.
ИНСТРУКЦИИ ПО УЛУЧШЕНИЮ DSP
Добавлен новый набор команд для улучшения архитектуры ARM для мультимедийных приложений и обработки цифровых сигналов.Они указываются путем добавления буквы E в имя архитектуры, например ARMv5TEJ и ARMv5TE и т. Д., Это всего лишь вариации, добавленные к начальным нулям счетчика и насыщенным операциям вычитания и сложения и т. Д.
ДЖАЗЕЛЬ
Помимо режимов ARM и Thumb, была представлена новая технология, которая позволяет аппаратно выполнять байт-код Java. Эта технология известна как Jazelle. Он наиболее широко используется в мобильных телефонах, так что скорость выполнения игр Java EM может быть увеличена.Виртуальная машина Java выполняет сложные операции в программном обеспечении, в то время как байт-коды Java обычно выполняются на оборудовании.
Первым процессором, который использовал Jazelle, был ARM926EJ-S, а архитектура ARMv5TEJ определяет функциональность Jazelle. Программное обеспечение JVM зависит от деталей аппаратного интерфейса, поэтому JVM и оборудование могут очень хорошо развиваться вместе, и никакое другое программное обеспечение не затрагивается.
THUMB-2
Технология Thumb-2 была представлена на ядре ARM1156 и анонсирована в 2003 году.Он увеличивает широту набора инструкций, добавляя 32-битные инструкции к ограниченному 16-битному набору инструкций ранее упомянутой технологии Thumb. Плотность кода, напоминающая Thumb, достигается с помощью Thumb-2, а также его производительность аналогична набору инструкций ARM в 32-битной памяти.
Набор команд Thumb-2 поддерживается всеми чипами ARMv7. Но некоторые из чипов, например Cortex-M3, поддерживают только набор инструкций Thumb-2.
УСЛОВИЯ ВЫПОЛНЕНИЯ БОЛЬШОГО БОЛЬШОГО КОЛЕСА (THUMBEE)
ThumbEE впервые появился в процессоре Cortex-A8.Набор инструкций увеличен по сравнению с набором инструкций Thumb-2. Thumb EE используется для таких языков, как Python, Limbo, Java, C # и Perl и т. Д., Более мелкие коды выводятся JIT-компиляторами, и это не оказывает значительного влияния на производительность.
РАСШИРЕННЫЙ SIMD (НЕОН):
Усовершенствованная SIMD (Single Instruction Multiple Data), также известная как технология NEON, представляет собой комбинацию 128-битного и 64-битного набора команд SIMD. Он обеспечивает ускорение приложений обработки сигналов и мультимедиа.
Его рабочие операции включают декодирование аудио в формате MP3 на процессорах с частотой 10 МГц и запускает речевой кодек GSM AMR (адаптивный многоскоростной) на частоте 13 МГц. он поддерживает до 64-битных целых чисел, а также обрабатывает игры и графику, а также обработку аудио / видео. SIMD в NEON может поддерживать 16 операций одновременно.
ВЕРСИИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА ARM
Одной из наиболее совершенных форм этих микроконтроллеров является микроконтроллер Cortex, разработанный ARMv7.Семейство коры делится на:
- Cortex Ax серии
- Cortex Rx серии
- Cortex Mx серии
ОСОБЕННОСТИ МИКРОКОНТРОЛЛЕРА CORETEX M3
Это 32-битный процессор, обладающий множеством преимуществ перед другими микроконтроллерами. Это «жесткая архитектура». Для связи с ОЗУ и ПЗУ эта архитектура предоставляет отдельные шины команд и шины данных. Он состоит из трехступенчатого конвейера, который выбирает инструкции, затем декодирует их и, наконец, выполняет инструкцию.
Объем памяти, необходимый для программы, был уменьшен, а также обеспечивается высокая плотность кода из-за использования технологии THUMB-2 в coretex-M3. Для обеспечения хорошей производительности обработки прерываний ядро m3 тесно интегрировано с NVIC (Nested Vector Interrupt Controller).
- Это контроллер с сокращенным набором команд (RISC). Он имеет высокопроизводительный 32-битный ЦП, а конвейерная обработка выполняется в 3 этапа.
- В эти контроллеры интегрирована технология Thumb-2, что означает, что они могут обрабатывать как 16-битные, так и 32-битные инструкции.Эта технология также обеспечивает высокую производительность в операциях и исполнении.
- Имеет режимы пониженного энергопотребления. Также поддерживаются спящие режимы. Он эффективно управляет программным обеспечением и состоит из нескольких областей мощности.
- Контроллер вложенных векторных прерываний NVIC обеспечивает низкую задержку, а также отклик на прерывания с низким джиттером. Еще одно преимущество в том, что в нем нет необходимости программировать на ассемблере.
СРАВНЕНИЕ МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ ВЕРСИЯМИ CORTEX
Характеристики и характеристики cortex m3, cortex m4 и cortex R4 можно сравнить в следующей таблице:
ПРИМЕНЕНИЕ микроконтроллеров ARM
Некоторые приложения ядер ARM перечислены в таблице ниже:
- Помимо этого, микроконтроллеры ARM могут также использоваться в космических и аэрокосмических технологиях.
- Используется во многих медицинских устройствах, таких как МРТ, компьютерный томограф, УЗИ и имплантируемые устройства.
- Также используется на исследовательском уровне в ускорителях частиц, ядерных реакторах и в приложениях для сканирования грузов с помощью рентгеновских лучей.
Фото:
- Архитектура руки инженеров гараж Характеристики микроконтроллера Cortex M3
- от edgefx
- Приложения микроконтроллера ARM по Википедии
Что такое процессор ARM? — Определение от WhatIs.com
Процессор ARM — это один из семейства процессоров, основанных на архитектуре RISC (компьютер с сокращенным набором команд), разработанной Advanced RISC Machines (ARM).
ARM производит 32-битные и 64-битные многоядерные процессоры RISC. Процессоры RISC предназначены для выполнения меньшего количества типов компьютерных инструкций, чтобы они могли работать с более высокой скоростью, выполняя больше миллионов инструкций в секунду (MIPS). Удаляя ненужные инструкции и оптимизируя пути, процессоры RISC обеспечивают выдающуюся производительность при небольшой потребляемой мощности устройств CISC (сложных вычислений с набором команд).
ПроцессорыARM широко используются в бытовых электронных устройствах, таких как смартфоны, планшеты, мультимедийные проигрыватели и другие мобильные устройства, например носимые устройства. Из-за своего сокращенного набора команд они требуют меньше транзисторов, что позволяет уменьшить размер кристалла для интегральной схемы (ИС). Меньший размер, меньшая сложность и низкое энергопотребление процессора ARM делают его подходящим для все более миниатюрных устройств.
Характеристики процессораARM включают:
- Загрузить / сохранить архитектуру.
- Ортогональный набор команд.
- В основном одноцикловое исполнение.
- Улучшенный энергосберегающий дизайн.
- 64- и 32-разрядные состояния выполнения для масштабируемой высокой производительности.
- Поддержка аппаратной виртуализации.
Упрощенная конструкция процессоров ARM обеспечивает более эффективную многоядерную обработку и упрощает программирование для разработчиков. Хотя у них нет такой же чистой вычислительной производительности, как у продуктов Intel, лидера рынка x86, процессоры ARM иногда превышают производительность процессоров Intel для приложений, которые существуют на обеих архитектурах.
Конкуренция между производителями усиливается по мере того, как ARM находит свое применение в полноразмерных ноутбуках. Microsoft, например, предлагает версии компьютеров Surface на базе ARM. Более чистая кодовая база версий Windows RT по сравнению с версиями x86 также может быть частично ответственной — Windows RT более оптимизирована, поскольку ей не нужно поддерживать ряд устаревшего оборудования.
ARM также продвигается на рынок серверов, шаг, который представляет собой серьезное изменение направления и хеджирование ставок на производительность на ватт по сравнению с необработанной вычислительной мощностью.AMD предлагает 8-ядерные версии процессоров ARM для своей серии процессоров Opteron. Серверы ARM представляют собой важный сдвиг в серверных вычислениях. Традиционный сервер класса x86 с 12, 16, 24 или более ядрами увеличивает производительность за счет увеличения скорости и сложности каждого процессора, используя грубую силу и мощность для обработки требовательных вычислительных рабочих нагрузок.
Для сравнения, сервер ARM использует, возможно, сотни меньших, менее сложных и маломощных процессоров, которые разделяют задачи обработки среди этого большого количества, а не всего лишь несколько процессоров с большей емкостью.Этот подход иногда называют «горизонтальным масштабированием», в отличие от «масштабирования» серверов на базе x86.
Архитектура ARM была первоначально разработана Acorn Computers в 1980-х годах.
Калибровка контроллеров манипуляторов роботов
Контроллеры роботизированных рук — это нервные центры каждого робота. Контроллер — это большой компьютер, который передает программный код от обучающего пульта роботу, позволяя ему взаимодействовать с другими системами или запускать приложение.
В зависимости от компании существуют контроллеры роботов двух размеров — полноразмерный контроллер и компактный контроллер. Многие компании, такие как FANUC, Motoman и KUKA, имеют как полноразмерные, так и компактные контроллеры для различных роботов. Тем не менее, похоже, что тенденция больше смещается в сторону меньших, компактных контроллеров роботизированных манипуляторов, которые экономят место и энергию.
FANUC, лидер в области промышленных роботов, предлагает несколько различных типов контроллеров для своих роботов — RJ2, RJ3, RJ3iB, RJ3iC, R30iA и R30iB.
Новыми моделями являются R30iA и R30iB. R30iA — это полноразмерный контроллер, а R30iB — компактная модель. Обе модели имеют свои преимущества, но R30iB (новейшая модель) оборудован для работы с программами iRVision 2-D и 3-D, а также оснащен iPendant Touch, который более удобен для пользователя, чем предыдущие модели.
Yaskawa Motoman Robotics также предлагает контроллеры манипуляторов роботов различных форм и размеров — ERC, MRC, XRC, NX100, DX100, DXM100 и новейшую модель FS100, которая представляет собой компактное устройство.
Контроллер манипулятора-робота FS100 компактный и мощный — это настоящая инновация для Motoman. При весе всего 20 кг этот небольшой контроллер по-прежнему впечатляет. Он в 2-4 раза быстрее, чем контроллер DX100, и предназначен для работы с небольшими роботами для упаковки и перемещения деталей с грузоподъемностью менее 20 кг.
Еще одним компактным вариантом для клиентов Motoman является контроллер DXM100. Этот контроллер роботизированной руки также имеет более высокую производительность, чем другие полноразмерные модели. Контроллер также может управлять восемью роботами или 72 осями.
Когда дело доходит до KUKA Robotics, речь идет о двух контроллерах, которые являются одними и теми же, но в то же время разными. Это компактные контроллеры манипуляторов роботов KR C4 и KR C4. Несмотря на то, что они различаются по размеру, они обеспечивают потребителю одинаковую высокую производительность и надежность. Это поколение контроллеров манипуляторов KUKA более мощное, гибкое и интеллектуальное, чем другие модели. Они поставляются с подвеской smartPAD, которая удобна в использовании и оснащена сенсорным экраном.
Как видите, существует множество различных контроллеров роботов от разных компаний для управления несколькими разными моделями роботов.Как бы ты смог собрать все это воедино, верно? Вот где на помощь приходит RobotWorx.
RobotWorx — сертифицированный интегратор для FANUC, ABB, Motoman, Universal Robots и робототехники KUKA. Компания может подобрать вам подходящего робота и контроллера для вашего приложения. Наша высококвалифицированная команда будет работать с вами над созданием системы, которая оставит вам 100% удовлетворение.
Для получения дополнительной информации о контроллерах роботизированных манипуляторов свяжитесь с RobotWorx сегодня онлайн или по телефону 740-251-4312.
Прецизионные микроконтроллеры| Analog Devices
Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта. Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.
Принять и продолжить Принять и продолжитьФайлы cookie, которые мы используем, можно разделить на следующие категории:
- Строго необходимые файлы cookie:
- Это файлы cookie, которые необходимы для работы аналога.com или предлагаемые конкретные функции. Они либо служат единственной цели передачи данных по сети, либо строго необходимы для предоставления онлайн-услуг, явно запрошенных вами.
- Аналитические / рабочие файлы cookie:
- Эти файлы cookie позволяют нам выполнять веб-аналитику или другие формы измерения аудитории, такие как распознавание и подсчет количества посетителей и наблюдение за тем, как посетители перемещаются по нашему веб-сайту. Это помогает нам улучшить работу веб-сайта, например, за счет того, что пользователи легко находят то, что ищут.
- Функциональные файлы cookie:
- Эти файлы cookie используются для того, чтобы узнать вас, когда вы вернетесь на наш веб-сайт. Это позволяет нам персонализировать наш контент для вас, приветствовать вас по имени и запоминать ваши предпочтения (например, ваш выбор языка или региона). Потеря информации в этих файлах cookie может сделать наши службы менее функциональными, но не помешает работе веб-сайта.
- Целевые / профилирующие файлы cookie:
- Эти файлы cookie записывают ваше посещение нашего веб-сайта и / или использование вами услуг, страницы, которые вы посетили, и ссылки, по которым вы переходили.Мы будем использовать эту информацию, чтобы сделать веб-сайт и отображаемую на нем рекламу более соответствующими вашим интересам. Мы также можем передавать эту информацию третьим лицам с этой целью.
Кажется, мы не можем найти эту страницу
(* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})
{{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}} *
{{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}
{{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}} / 500 {{l10n_strings.TAGS}} {{$ item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}{{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}
{{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$ select.selected.display}}{{article.content_lang.display}}
{{l10n_strings.AUTHOR}}{{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}
{{$ select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}