Mikro urządzenie – wielkie możliwości

Większość drobnej, przenośnej elektroniki oparta jest na mikrokontrolerach o architekturze ARM. Prawie wszystkie telefony, wiele modeli tabletów na nawet małe, przenośne komputerki mają w sobie rdzenie ARM. Mikrokontrolery z procesorami ARM znajdują zastosowanie wszędzie tam, gdzie konieczne jest niskie zapotrzebowanie na energię elektryczną.

Jak powstał ARM?

Sercem mikrokontrolera ARM jest rdzeń wykonany w architekturze ARM. Pierwszy testowy rdzeń ARM został opracowany w 1985 roku w laboratoriach firmy Acorn Computers Ltd jako odpowiedź na potrzebę nowego wydajniejszego jądra mikrokontrolera w miejsce używanego w wyrobach firmy procesora MOS 6502. Rok później laboratoria opuściła wersja produkcyjna mikroprocesora z rdzeniem ARM2, która wyposażona była w 32 bitową szynę danych, szesnaście 32 bitowych rejestrów i 26 bitową przestrzeń adresową. Procesor mikrokontrolera składał się z 30 tysięcy tranzystorów prostotę jego konstrukcji podkreślał brak mikrokodu i brak pamięci podręcznej (cache). Następna generacja – rdzeń ARM3 miała już 4KB cache, które znacznie poprawiło wydajność układu. Później do rozwoju architektury ARM włączyła się firma Apple, co zaowocowało powstaniem firmy Advanced RISC Machines (ARM Ltd.) a wynikiem tej współpracy był procesor ARM6, który ujrzał światło dzienne w roku 1990. Apple wykorzystało zmodyfikowaną wersję procesora z rdzeniem ARM6 w swoim PDA Apple Newton.

Architektura mikrokontrolerów ARM

Architektura rdzenia ARM oparta jest na założeniach architektury RISC w której rozkazy są tak skonstruowane aby w jednym cyklu maszynowym wykonywały i przetwarzały jedną, określoną operację. W architekturze ARM charakterystycznym elementem jest użycie 4 bitowego kodu warunkowego na początku każdej instrukcji, przez co każda z instrukcji może być wykonywana warunkowo. Dzięki temu nie zachodzi potrzeba stosowania instrukcji rozgałęzień dla kodu zawierającego wiele prostych instrukcji warunkowych, ale jednocześnie ograniczana jest przestrzeń dla instrukcji przeniesień w pamięci. Prostota i ograniczenie zestawu instrukcji w porównaniu do innych architektur opartych na RISC pozwala na używanie mniejszej ilości linii kodu. Daje to w finale większą efektywność w wykonywanych operacjach, co przy niższych częstotliwościach stosowanych zegarów w porównaniu do bardziej złożonych mikrokontrolerów daje możliwości porównywalne do znacznie bardziej energochłonnej konkurencji.

Najnowsze konstrukcje mikrokontrolerów ARM zawierają w sobie cały 32–bitowy system mikroprocesorowy z pamięcią Flash oraz RAM, szeregiem interfejsów (UART, SPI, CAN, USB) wielokanałowymi przetwornikami napięcia, przez co liczba niezbędnych do ich prawidłowego działania elementów pomocniczych jest minimalna (w odróżnieniu od mikroprocesorów, które muszą mieć dużą liczbę niezbędnych układów pomocniczych). Dzięki wyposażeniu mikrokontrolery ARM mogą stać się bazą do zbudowania różnego rodzaju urządzeń wbudowanych, np. sterowników, czujników. Mikrokontrolery ARM, które są wyposażone w jednostkę zarządzania pamięcią (MMU) pozwalają na uruchomienie systemów operacyjnych takich jak Linux lub Windows CE i mogą stać się bazą np. dla stworzenia „inteligentnych” układów sterujących różnymi urządzeniami, np. wentylacją i oświetleniem w budynkach.

Gdzie wykorzystuje się mikroprocesory ARM?

Mikrokontrolery ARM wykorzystywane są w elektronicznych układach wbudowanych tam gdzie liczy się przede wszystkim niewielki pobór energii.

Ale mikrokontrolery ARM to także ogromna liczba urządzeń o znacznie bardziej wyspecjalizowanych funkcjach. To przede wszystkim układy kierujące pracą urządzeń przemysłowych, sterowniki sprzętu medycznego lub laboratoryjnego, sterowniki różnego rodzaju czujników.

Mikrokontrolery ARM dostępne są także dla amatorów samodzielnego składania elektroniki, czy to hobbystycznie czy zawodowo. Wraz z innymi potrzebnymi elementami są one do kupienia w firmie Micros.