PDF de programación - Microcontroladores ARM

µCs ARM: Estructura y herramientas desarrollo

Microcontroladores ARM

Artículo cedido por el Dpto. Técnico de CAPEL

www.captura-el.com

Figura 1. Estructura de
un microcontrolador
ARM

La mayoría de los fabricantes de se-
miconductores ofrecen Microcontro-
ladores basados en tecnología ARM.
Estos microcontroladores ofrecen una
amplia gama de periféricos y una
inmejorable relación precio-presta-
ciones. Para aquellos que aún no
han considerado una MCU basada
en ARM, factores adicionales como la
gama de herramientas de desarrollo
profesionales, sistemas operativos
eficientes y middelware junto con la
amplia variedad a precios muy atracti-
vos y diferentes opciones de memoria
hacen que sea el momento oportuno
para evaluar esta opción.

El desarrollo de la arquitectura
ARM comenzó en 1983 en ACORN,
UK, como un sucesor de coste efec-
tivo para los sistemas existentes de la
familia 6502.

La arquitectura ARM tiene un
conjunto de instrucciones simple pero
eficiente que permite un tamaño de
silicio compacto y ofrece alta veloci-
dad de ejecución a bajo consumo.
ACORN se dio cuenta del potencial
de esta arquitectura y junto con un
grupo de socios-capital, creó una
compañía independiente llamada
ARM en 1990.

Desde entonces, la arquitectura
ARM ha crecido hasta convertirse en la
arquitectura más popular del planeta.
La arquitectura ARM ha sido utilizada
en numerosos diseños y aplicaciones
especificas para productos estándar
(ASSP’s) que pueden encontrarse
actualmente en prácticamente todos
los teléfonos móviles y la mayoría de
los MP3, PDAs, cámaras y sistemas de
Navegación. Además de ser utilizada
en muchos productos de automoción
y aplicaciones médicas e industriales.

ARM,
arquitecturas para
Microcontrolador

La arquitectura ARM ha sido uti-
lizada para el diseño de Microcon-
troladores estándar durante algún
tiempo. En la actualidad, cada día
más de los principales fabricantes de

semiconductores usan el robusto
núcleo ARM como la base para su
línea de microcontroladores.

El conjunto de instrucciones co-
mún y la integración en el chip de la
funcionalidad de depuración permite
la reutilización de muchos compo-
nentes de un diseño para otro. Ade-
más, la reutilización de componentes
software y el conocimiento del pro-
ceso pueden reducir los tiempos de
desarrollo en proyectos venideros.

La arquitectura ARM es una im-
plementación RISC con los siguientes
comandos:
• Con los comandos originales ARM
todas las instrucciones son 32-bit. La
mayoría de las instrucciones pueden
implementarse condicionalmente,
evitando saltos Branch asociados con
las sentencias IT/THEN/ELSE.
• Con la introducción del núcleo
ARM7TDMI se desarrolló el juego
de instrucciones THUMB, de 16-bits.
Las instrucciones Thumb son una
abreviación de las instrucciones
ARM 32-bits más frecuentemen-

te utilizadas. Aunque se requiere
un número ligeramente superior
de instrucciones para escribir un
programa, el tamaño del código
se reduce en un 30-40% aproxima-
damente.
• TUMB2 complementa Thumb con
la mayoría de las instrucciones ARM
más populares y además permite eje-
cución condicional. Adicionalmente
se ha optimizado el juego de instruc-
ciones para compiladores de alto nivel
(C/C++) y exigencias comunes en
sistemas embebidos como la manipu-
lación de bits y división de hardware.
Resumiendo, Thumb2 combina el
comportamiento aritmético de ARM
con la densidad de código del juego
de instrucciones Thumb.

Algunos núcleos ARM incorpo-
ran un conjunto adicional de ins-
trucciones para algoritmos DSP. Hay
Microcontroladores que incluyen
coprocesador VFP (Vector Floating
Point), para acelerar la aritmética en
punto flotante de acuerdo con el
estándar IEEE754.

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REE • Septiembre 2008

µCs ARM: Estructura y herramientas desarrollo

Figura 2. Componentes
de Keil MDK-ARM

La continuidad del juego de ins-
trucciones entre ambos conjuntos,
ARM y THUMB, facilita una proposi-
ción única dentro de la industria del
microcontrolador. Un usuario puede
cualificar y reutilizar librerías de soft-
ware validadas de un proyecto a otro
en el mismo entorno. Esta reutiliza-
ción puede reducir notoriamente los
costes de mantenimiento a lo largo
de múltiples proyectos y aplicaciones
y optimizar la inversión en software
en la compañía.

Núcleos ARM para
Microcontroladores.

Herramientas de
Desarrollo para µCs
ARM

El éxito de la arquitectura ARM
ha generado una amplia comunidad
de de 3ras partes que ofrecen solu-
ciones para el desarrollo con ARM.
Puede realizarse una ojeada a estas
compañías a través de ARM Connec-
ted Community en www.arm.com.

La arquitectura ARM también
está soportada por varios proyec-
tos open source, como compilador
GNU, depurador GDB y distribuciones
Linux.

Tabla 1. Núcleor ARM
para µCs

Cache: Accelera la velocidad de
acceso a memoria, almacenando la
información accedida recientemen-
te de memoria mas lenta en RAM
de acceso más rápido.

MMU (Memory Management
Unit): Permite memoria virtual y es
generalmente requerida para pla-
taformas con sistemas operativos
como Windows CE o Linux.

MPU (Memory Protection Unit):
Administra el acceso a ciertas áreas
de almacenamiento para aplicacio-
nes de seguridad

TCM (Tightly Coupled Me-
mory): La memoria (RAM, Flash)
está conectada directamente con
las CPU para ofrecer un acceso
más rápido.

Algunas compañías especializa-
das en el soporte de arquitectura ARM
ofrecen una solución completa para el
desarrollo de software. Por ejemplo:
• IAR Embedded Workbench para
ARM (EWARM) soporta prácticamen-
te todos los núcleos ARM / CPUs de
cada fabricante.
• KEIL RealView Microcontrollers
Development Kit (RDK-ARM) ofrece
soporte para derivados específicos
con soporte para más de 300 micro-
controladores estándar. Y combina el
compilador RealView de ARM, ìVision3
IDE/Debugger y RTOS Kernel.
• Otros fabricantes de herramientas,
como Lauterbach, ofrecen depurado-
res JTAGs para usuarios de compila-
dor GNU o Linux.

• La mayoría de fabricantes de silicio
ofrecen además Kits de iniciación muy
económicos.


Keil MDK-ARM RealView Micro-
controller Development Kit ofrece
soporte para la mayoría de los Mi-
crocontroladores con arquitectura
ARM e incluye:

• Compilador RealView C/C++
• Kernel RTOS (binarios)
• ìVision3 IDE. Entorno gráfico de
desarrollo con Base de datos de
dispositivos.
• ìVision3 Depurador y herramien-
tas de análisis.
• Simulación de chip y periféri-
cos.

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REE • Septiembre 2008

Middleware para los
Periféricos del µC

Keil Real Time Library for ARM
es una colección de componentes
Middelware para microcontroladores
ARM.

La mayoría de los Microcontrola-
dores ARM integran un amplio rango
de periféricos como:
• Interfaz Ethernet para aplicaciones
TCP/IP

µCs ARM: Estructura y herramientas desarrollo

Figura 3. Keil Real-time
LIBRARY for ARM

• Controlador LCD para el manejo de
visualizadores.
• Interfaz USB (USB DEVICE, USB host o
USB OTG) para conexion a periféricos de
PC y dispositivoes de consumo.
• Controlador CAN para aplicaciones en
automoción e industriales.
• Interfaz SD/MMC para memorias
Flash.

Para explotar este amplio abanico
de periféricos se requiere de los drivers
para los periféricos y los correspondien-
tes stacks (software para el protocolo a
implementar). Además, la mayoría de las
aplicaciones embebidas actuales requie-
ren de un sistema operativo en tiempo
real. Con la llegada de µCs ARM estándar
terceras compañías pueden suministrar
no sólo la solución de software, sino un
software que ha sido optimizado para el
conjunto de periféricos específicos de un
microcontrolador. Algunos fabricantes se
han especializado en middelware para
microcontroladores y ofrecen una amplia
gama de soluciones software. Un ejem-
plo de ello es el RealView real-time Library
de Keil. Mediante la utilización de estos
componentes middelware disponibles
el desarrolador puede concentrarse en
moldear su aplicación y darle su valor

añadido con una redución en el tiempo
de desarrollo.

ARM: µCs. Estándar
– Fabricantes

La tabla 2 da una visión de las fa-
milias de microcontroladores estándar
disponibles. Esta lista incluye más de 400
variantes de memoria.

Información técnica detallada pue-
de encontrarse en Device Database en:
www.keil.com/arm/chips.asp, que se
actualiza constantemente.

Resumen

Utilizando la arquitectura ARM en
sus diseños, el diseñador se beneficia
no solo de la extensa gama de micro-
controladores a coste efectivo sino del
amplio soporte disponible por fabrican-
tes de software y comunidades. ARM
continúa desarrollando el núcleo para
varios fabricantes de semiconductores
centrados en el mercado de Microcontro-
ladores. Ofreciendo una extensa variedad
de Microcontroladores que a cambio
permiten un vasto array de aplicaciones
embebidas.

REE • Septiembre 2008

Tabla 2. ARM - Familia
de Microcontroladores
estándar

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µCs ARM: Estructura y herramientas desarrollo

Captura Electrónica firma con ARM
acuerdo de distribución para sus
herramientas de desarrollo RealView®
development tools en el mercado
Español

ARM facilita a los diseñadores
soluciones de propiedad intelectual
(IP) en forma de procesadores, di-
seños SoC, aplicaciones especificas
para productos estandar (ASSPs),
el software y las herramientas de
desarrollo necesarias. Todo lo ne-
cesario para crear un producto
innovativo.

Las herramientas ARM® Real-
View® son únicas en su habilidad
de proveer soluciones que cubren
el proceso complete de desarrollo
desde el concepto a la implantación
final del producto. Cada miembro
del portafolio RealView ha sido de-
sarrollo en contacto y en paralelo
con el hardware ARM y software IP,
asegurando así las máximas presta-
ciones de los IP’s.

ARM ofrece
las siguientes
Herramientas

• Real