مقدمه
امروزه با پیشرفت روز افزون تجهیزات و الکترونیکی شدن آنها، بکارگیری سیستم های یکپارچه رونق زیادی یافته است .به طوری که در اکثر دستگاه های جدید از این سیستم ها استفاده می شود. به عنوان مثال گوشی های همراه، دستگاه های GPS، سیستم های ترمز ABS و ... اکثرا دارای این تجهیزات الکترونیکی می باشند.با توجه به این موضوع اکثر شرکت ها و کارخانجات الکترونیکی به سمت این سیستم های الکترونیکی روی آورده اند. که این خود باعث ایجاد یک در بین تولید کنندگان پردازنده های سرعت بالا شده است.
در این خلال نسل جدید پردازنده های ARM به بازار معرفی شدند، که دارای سیستم پردازش 32 بیتی با سرعت پردازش چند مگاهرتز تا چند صد مگاهرتز می باشند. سرعت بالا، قیمت ارزان و حجم کم این پردازنده ها باعث شد که اکثر تولید کنندگان میکروکنترلرها و پروسسورها مانند ATMEL،PHILIPS و ...آنرا در لیست محصولات خود قرار دهند.
تاریخچه پردازنده های ARM
اولین پردازنده ARM توسط شرکت ACRON در سال 1985 ساخته شد. ARM مخفف عبارت Acron Risk Machine است این پردازنده دارای کارایی های قابل قبولی بود و قابل مقایسه با پردازنده 80286 شرکت Intel بود.
بعد از آن شرکت Acron در سال 1990 نسل دوم پردازنده های ARM را که دارای معماری 32 بیتی بود و دارای قابلیت پشتیبانی از MMU بود را ارائه کرد. نسل چهارم این پردازنده ها در سال 1996 ارائه شد.
امروزه میکروکنترلرهای ARM هفتاد درصد پردازنده های 32 بیتی را در بر می گیرند و عمدتا دارای ویژگی هایی از قبیل سرعت بالا، مصرف توان کم، قیمت پایین، تنوع محصولات و سازگاری با تراشه های قدیمی تر هستند.
زبان برنامه نویسی این میکروکنترلرها عموما C بود و در برخی موارد برای کار با این میکروکنترلرها از هسته های نرم افزاری Windows CE و Linux استفاده می شود.
حجم کم پردازنده های ARM ، باعث شده که اکثر فضای داخلی میکروکنترلرها برای تجهیزات جانبی مانند DAC ،ADC ،USB ،LAN ،Serial و... بکار گرفته شود.هسته داخلی تمام میکروکنترلرهای ARM کارخانجات مختلف یکی است بنابراین برنامه نوشته شده برای یک سری از میکروکنترلرها را می توان برای سری دیگر نیز استفاده کرد.
ویژگی های پردازنده های ARM
پردازنده هایی که در میکروکنترلرهای ARM استفاده می شوند ، پردازنده های 32 بیتی با معماری Risk می باشد، این پردازنده ها برای کاربردهای قابل حمل (Portable) بهینه سازی شده اند به صورتی که مصرف توان آنها بسیار کم بوده و می توان آنها را توسط باتری برای مدت زیادی روشن نگه داشت به عنوان نمونه می توان گوشی های موبایل را نام برد که در آنها از این هسته پردازشی استفاده می شود.
معروفترین هسته پردازنده ARM ، ARM7 می باشد که یکی از رایج ترین هسته های پردازشی موجود می باشد. بعد از ARM7 ، به ترتیب ARM 9 ، ARM10، ARM11 قرار دارند که همه از معماری Harvard استفاده می کنند.
انواع هسته های پردازنده سری ARM7 :
1 – ARM7TDMI : رایج ترین هسته پردازنده 32 بیتی با معماری Risk می باشد.
2 – ARM7TDMI-S : این هسته نسخه قابل سنتز ARM7TDMI است.
3 – ARM72OT : این هسته علاوه بر ویژگی های هسته های بالا دارای حافظه Cash و بخش مدیریت حافظه می باشد.
4 – ARM7EJ-5 : این هسته برخی از قابلیت های پیشرفته DSP را در خود دارد و برای کارهای پردازش سیگنال مناسب می باشد.
پردازنده های ARM از سیستم PIPELINE برای پردازش استفاده می کنند. منظور از این سیستم این است که پردازنده دارای سه مد کاری برای اجرای یک دستور است:
1 – FETCH یا بازخوانی اطلاعات از حافظه کد
2 – DECODE یا رمز گشایی اطلاعات نوشته شده
3 – EXECUTE یا اجرای برنامه در پردازنده های قدیمی تر
در سیکل اول دستور اول FETCH می شود، در سیکل دوم دستور اول DECODE می شود و دستور دوم FETCH می شود، در سیکل سوم دستور اول EXECUTE دستور دوم DECODE و دستور سوم FETCH می شود، این نوع سیستم 3 STAGE PIPELINE است.
در پردازنده های ARM بالاتر مانند ARM9 سیستم پردازش 5STAGE PIPELINE می باشد که عملیات خواندن و نوشتن از حافظه ها نیز جزء این عملیات قرار گرفته در ARM10 سیستم پردازش به صورت 6STAGE PIPELINE است.
ویژگی های انواع میکروکنترلرهای ARM
میکروکنترلرهای ARM دارای اجزای مختلفی از قبیل ETHERNET ،ADC ،USB و ... هستند که استفاده از مدارات جانبی را به حد زیادی کاهش داده است.
میکروکنترلرهای با هسته ARM7 برای کارهای کنترلی ساده تر در نظر گرفته شده و میکروکنترلرهایی که دارای هسته ARM9 می باشند اغلب در مواردی استفاده می شوند ، که در آنها سیستم عامل بکار می رود. این میکروکنترلرها سرعت بالاتری نسبت به میکروکنترلرهای با هسته ARM7 دارند.
در شکل زیر ساختار داخلی میکروکنترلر سری AT91SAM7S را مشاهده می فرمایید:
بزرگترین وب سایت الکترونیک
