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 embedded ARM Mikroprozessoren

ARM - beliebte Prozessoren für jede Anwendung

Hintergrund:

Neue Generation von leistungsstarken ARM Prozessoren: Cortex A9 A15 A57 A72 A73 Architekturen.
Basierend auf dem leistungsfähigen ARMv7 Echtzeitprofil gibt es neue Prozessor-Cores für mobile Geräte. Die Leistungsmerkmale der Cortex Cores sind oberhalb der ARM9 Prozessoren und haben diese Architektur ablöst.

Für den Einsatz im Connected Car sind Cortex A9 basierte SoC systems on chip schon so etwas wie Standardcores geworden. Viele Halbleiterhersteller bieten leistungsfähige Systems on Chip (SoC) mit Graphikprozessor, einfachen ARM cores der M- oder R-Serie, sowie seit Cortex A9 auch gerne Dual- und Quad-Core. Neben Smartphones, Tablets werden diese Hochleistungssysteme auch im Automobil eingesetzt.

Innovative Konzepte bringen ARM Architektur weiter: So hat zum Beispiel Flextronic - unabhängige Hardware-Montierer, die je nach Bedarf X-box für Microsoft oder Handys fertigt, auch eine Design-Abteilung mit ARM-Lizenz. Damit ist der Hardware-Fertiger in der Lage, schlüsselfertige Einchip-Systeme (SOC) anzubieten, und durch Expertise einen entsprechenden Zeitvorsprung für Auftragsarbeiten herauszuholen, der gerade bei kurzem Time-to-Market ausschlaggebend ist.

Advanced Risc Machines ist durch einfache klare Architektur und effiziente Codierung, beginnend in den 90er Jahren mit 16/32-bit Thumb, zum wichtigsten Lieferanten für Mikroprozessor Systemlösungen geworden. Die lizensierte Core IP hilft vielen Halbleiterherstellern bei der Umsetzung ihrer Produktidee. ARM macht durch viele Varianten und weite Durchdringung der verschiedenen Anwendungsgebiete wett, was andere Architekturen durch die Macht eines einzelnen Herstellers versuchen.

ARM Entwicklungstools existieren von vielen Toolanbietern, hier kommt es auf einen guten Support der von Ihnen gewählten Implementierung an. ARM selbst hat eine Tools Abteilung, aber es gibt auch Hersteller aus China, die preiswerte Werkzeuge auf den europäischen Markt werfen. ARM macht es durch die oft angebotene Embedded Trace Macrocell nicht besonders schwierig, leistungsfähige JTAG-basierende Trace tools zu bauen, die in vielen Bereichen die traditionellen ICE-In Circuit Emulatoren vollständig ersetzt haben.

Last not least gibt es auch eine Reihe von Echtzeitbetriebssystemen - RTOS - in denen ein traditioneller Emulator überflüssig wird weil ein schlank instrumentierter Kernel ermöglicht das Zielsystem perfekt zu debuggen. Oft ist eine Ethernet-Verbindung vorhanden, oder eine schnelle USB Debug-Verbindung dient als Übertragungskanal für vollwertiges Source-Code debugging, wo früher nur eine rudimentäre serielle Verbindung mit printf gefüttert werden konnte.

Cortex A5x and Cortex A7x - Nach einigen Einschränkungen beim Einsatz des A15 lässt ARM wieder die Muskeln spielen. Mit den ARMv8 Architekturen gelingt es ARM wieder die mWatt/Rechenleistung in sehr wettbewerbsfähige Bereiche zu bringen. Intel zum Beispiel gab es 2016 auf, Prozessoren für Smartphones oder Tablets zu designen, sie sind nur noch in Automotive vertreten, wo eine hohe Rechenleistung auch entsprechend gekühlt werden kann.

Background:

Providing processors for mobile devices has turned ARM into the most popular architecture, by number of processors in the field. New ARM Architectures aim at both price- and power-sensitive markets.

In the late 90s the ARM7 architecture opened new ways for embedded designs, especially the most wanted low cost Ethernet connection which was lacking on the overpowered Motorola PowerPC 603 at the time. Then ARM 9 became popular with advanced applications, and ARM put effort into making it easy to debug, one embedded debug cell option includes on-chip real-time trace with trace memory. On another front, organizer-maker Palm twisted Motorola's arm so they made ARM 7 for next generation Palm Pilots. After emulators have given way to JTAG-based debugging tools, these also find their limits which only can be solved by more debugging resources on-chip. Newer developments around ARM involve SOC integration with an FPGA, but there is also the spawning of re-engineered or emulated ARM cores among certain silicon vendors to avoid the ARM licensing.

Today ARM is the most widely used architecture, and they keep extending their offering, since the early 2000s with the introduction of their Cortex architecture.

Cortex A8 based SoC enabled the use of Linux and similar operating systems in a wide variety of embedded systems. With the follow-on architecture Cortex A9 Freescale launched their very successful i.MX6 series, but also other vendors moved forward with ARM, for example the Fujitsu Emerald, Toshiba Capricorn-H, Texas Instruments OMAP4 which all are capable of running fully featured operating systems. Many of the high powered SoCs feature GPUs that support a number of displays to allow a smooth and crisp user experience for premium cars and high-powered mobile devices.

Cortex A15 became the current end-point for high-end 32-bit systems, featured in Texas Instruments OMAP5, or Renesas R-Car2, for example. Freescale did a pass on the Cortex A15 architecture and moved their next generation high-power embedded SoCs to 64-bits:

Cortex A5x and Cortex A7x

ARM Advanced Risc Machines ARM9 ARM11 Cortex A8 Cortex A9 Cortex A15

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