《嵌入式平臺(tái)》PPT課件.ppt

1,PXA255開(kāi)發(fā)平臺(tái),陳文智 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院 2005年4月,2,提綱,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu) PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性 Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng),3,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu),4,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- Xscale超級(jí)流水線(xiàn),PXA255擁有7級(jí)超級(jí)流水線(xiàn)，主要由主流水線(xiàn)、MAC流水線(xiàn)和內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)流水線(xiàn)組成。,5,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- Xscale超級(jí)流水線(xiàn),主流水線(xiàn) F1/F2指令讀取 ID指令譯碼 RF寄存器文件/移位級(jí) X1執(zhí)行級(jí) X2執(zhí)行級(jí) XWB寫(xiě)回級(jí),6,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- Xscale超級(jí)流水線(xiàn),MAC流水線(xiàn) 執(zhí)行所有的乘/累加指令。它執(zhí)行40位累加寄存器acc0和能把指令值轉(zhuǎn)化成普通的ARM 寄存器值。MAC不是真正的一條流水線(xiàn)，指令的類(lèi)型和資源決定它所需的周期數(shù)。不會(huì)同時(shí)兩條指令出現(xiàn)在MAC流水線(xiàn)上。當(dāng)MAC在處理一條指令的時(shí)候其他的指令不允許進(jìn)出到M1中，除非原來(lái)的指令在下一個(gè)周期中處理完成。MAC單元執(zhí)行開(kāi)始于M1，接受2個(gè)32位操作數(shù)，N個(gè)周期后完成并返回寄存器文件。,7,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- Xscale超級(jí)流水線(xiàn),內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)流水線(xiàn) 內(nèi)存流水線(xiàn)有D1、D2和DWB3級(jí)構(gòu)成，獨(dú)立完成指令的裝載和存儲(chǔ)。在執(zhí)行完X1后開(kāi)始執(zhí)行D1級(jí)，計(jì)算有效的存/取地址；在D2級(jí)數(shù)據(jù)cache和小型數(shù)據(jù)cache返回目的數(shù)據(jù)；DWB級(jí)進(jìn)行填入緩沖器和寫(xiě)入緩沖器操作。,8,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- Xscale乘/累加MAC,Xscale為了多媒體的應(yīng)用，支持SIMD. 比如MIAPH指令，它執(zhí)行2個(gè)16x16位乘法，然后與40位累加器相加，即2個(gè)32位寄存器可以看作為2對(duì)16位寄存器，先高16位相乘并與累加器進(jìn)行相加；低16位也相乘后與累加器相加，這2個(gè)結(jié)果相加后再送到寄存器文件中。,9,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 內(nèi)存管理,提供內(nèi)存訪(fǎng)問(wèn)保護(hù)和虛擬地址到物理地址的轉(zhuǎn)換 支持指令TLB 支持?jǐn)?shù)據(jù)TLB (Translation Look-aside Buffer，TLB，轉(zhuǎn)換搜索緩存),10,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 指令Cache,容量為32K 32路組相聯(lián) 每路由8個(gè)字(32字節(jié))和一位有效位 (思考：有幾組?) 循環(huán)替換算法,11,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 指令Cache,12,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 數(shù)據(jù)Cache,容量32KB 32路組相聯(lián) 每路包含32字節(jié)和1個(gè)有效位,還包含2個(gè)dirty位 ，分別對(duì)應(yīng)低16位字節(jié)和高16位字節(jié) 采用循環(huán)替換法,13,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 轉(zhuǎn)移目標(biāo)緩沖器BTB,BTB由有128入口的直接映像cache構(gòu)成 每個(gè)入口由TAG分支地址、DATA數(shù)據(jù)目標(biāo)地址和2位歷史位組成。,14,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 性能監(jiān)視,提供2個(gè)32位的性能計(jì)數(shù)器，可以分別對(duì)2個(gè)獨(dú)立的事件同時(shí)監(jiān)視。 另外還有1個(gè)32位時(shí)鐘計(jì)數(shù)器用來(lái)聯(lián)合性能計(jì)數(shù)器記錄內(nèi)核時(shí)鐘數(shù)。 當(dāng)計(jì)算突發(fā)事件時(shí)計(jì)數(shù)器將監(jiān)測(cè)到一個(gè)特定事件的發(fā)生； 當(dāng)測(cè)量持續(xù)事件時(shí)計(jì)數(shù)器將記錄處理器時(shí)鐘周期數(shù)當(dāng)指定條件為真時(shí)事件發(fā)生。 所有的這些計(jì)數(shù)器都有對(duì)應(yīng)的IRQ和FIQ資源。 Xscale的性能監(jiān)視模塊可以通過(guò)協(xié)處理器CP14的寄存器0-3進(jìn)行控制。,15,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 電源管理,Xscale核合并電源管理和時(shí)鐘管理來(lái)控制時(shí)鐘和管理電源，它控制每一個(gè)運(yùn)行模式的時(shí)鐘頻率和管理不同電源管理模式下的性能與功耗間的優(yōu)化。,16,Xscale系統(tǒng)結(jié)構(gòu)- 調(diào)試,通訊控制模塊 通過(guò)JTAG指令來(lái)建立目標(biāo)機(jī)和宿主機(jī)的握手 硬件斷點(diǎn)模塊 有指令和數(shù)據(jù)斷點(diǎn)寄存器，由協(xié)處理器控制 跟蹤緩沖模塊 對(duì)程序歷史記錄以實(shí)現(xiàn)恢復(fù)異常和跳轉(zhuǎn) 代碼下載模塊 代碼下載到I-Cache,調(diào)試代理程序?qū)崿F(xiàn)讀/寫(xiě),17,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,18,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,PXA255除了采用Xscale內(nèi)核，還具有以下特點(diǎn)： 內(nèi)核工作頻率：200MHz、300MHz和400MHz 系統(tǒng)存儲(chǔ)器接口 時(shí)鐘和電源控制器 DMA控制器 LCD控制器 系統(tǒng)集成模塊 串行通信口 多媒體通信口,19,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,時(shí)鐘模塊：控制系統(tǒng)每一個(gè)模塊的時(shí)鐘頻率優(yōu)化計(jì)算處理和電源管理的功能。有三個(gè)寄存器： 核時(shí)鐘設(shè)置寄存器CCCR L：晶振頻率至存儲(chǔ)器頻率倍因子，可以設(shè)置成 27、32、36、40或45。 M：存儲(chǔ)器頻率至運(yùn)行方式頻率倍因子，可以設(shè)置成1或2。 N：運(yùn)行方式頻率至快速方式頻率因子，可以設(shè)置成 1.0、1.5、2.0或3.0。 時(shí)鐘允許寄存器CKEN 振蕩器設(shè)置寄存器OSCC,20,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,電源管理模塊 運(yùn)行模式 快速模式 （CCCR的N） 空閑模式 空閑模式?jīng)]有改變時(shí)鐘的產(chǎn)生。應(yīng)用程序選擇PWRMODE寄存器的M段來(lái)選擇空閑方式。 睡眠模式 許多處理器內(nèi)部單元功能關(guān)閉，實(shí)時(shí)時(shí)鐘和電源管理模塊繼續(xù)工作 。通過(guò)使用PWRMODE寄存器來(lái)進(jìn)入睡眠模式。 33MHz空閑模式 在33MHz空閑模式下其他所有的外設(shè)單元都不能使用包括SDRAM、LCD和DMA控制器。,21,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,GPIO口 PXA255可以使用和控制的GPIO管腳有81個(gè)。 使用27個(gè)寄存器可以配置這些GPIO管腳的方向(進(jìn)或出)、管腳功能、管腳的狀態(tài)(輸出)、管腳的高低電平檢測(cè)(輸入)和選擇第二功能。 許多GPIO管腳的第二功能已經(jīng)被處理器或外設(shè)配置使用。,22,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,中斷控制器,23,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC 使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘可以配置成頻率很廣的周期時(shí)鐘信號(hào)，通常RTC設(shè)置1Hz信號(hào)輸出用來(lái)當(dāng)作系統(tǒng)時(shí)間的基準(zhǔn)。 實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片是RTC4513,24,PXA255處理器結(jié)構(gòu)與特性,DMA控制器 (DMAC ) DMAC有16個(gè)通道，從通道0到通道15 在嵌入式Linux中DMA在設(shè)備驅(qū)動(dòng)上常常要用到。DMA控制器對(duì)內(nèi)存的訪(fǎng)問(wèn)和CPU的運(yùn)行完全互斥，因此在DMA控制器訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存時(shí)CPU不訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存。DMA控制器在傳輸數(shù)據(jù)上要比CPU快得多，它的操作完全由硬件驅(qū)動(dòng)，只要一個(gè)時(shí)鐘周期就可以完成一個(gè)字節(jié)的傳輸。在DMA控制器暫時(shí)占住了內(nèi)存，CPU仍能取指令，而許多指令的執(zhí)行是不要求訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存的，這樣CPU和DMA控制器之間有了一定的并行度，提高的綜合效率。即使CPU要訪(fǎng)問(wèn)內(nèi)存也可以在數(shù)據(jù)cache中讀取。,25,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng),26,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,27,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,存儲(chǔ)器接口主要可以分成3類(lèi) ： SDRAM SDRAM有4塊區(qū)域 靜態(tài)FLASH 靜態(tài)存儲(chǔ)器有6塊 卡存儲(chǔ)器 卡存儲(chǔ)器有2塊。,28,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,LCD接口 PXA255處理器內(nèi)置的LCD控制器支持被動(dòng)(DSTN)或主動(dòng)(TFT)模式的顯示器，還支持單色或多種的彩色像點(diǎn)格式，支持單屏或雙屏顯示；被動(dòng)彩色方式有65536種顏色(使用16位TMED抖動(dòng)算法)，主動(dòng)彩色方式有65536種顏色(16位，繞過(guò)調(diào)色板)，顯示可以達(dá)到1024x1024，推薦使用最大值800x600；內(nèi)置2個(gè)專(zhuān)用DMA通道。 Xsbase255系統(tǒng)使用的LCD是6.4TFT 的彩色顯示屏，分辨率是640x480。,29,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,以太網(wǎng)接口 Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)采用Cirrus Logic公司CS8900A以太網(wǎng)芯片，是符合IEEE802.3協(xié)議的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)總線(xiàn)的一款低成本的以太網(wǎng)芯片。它高度集成了一些常用的部件比如：片內(nèi)的RAM、10BASE-T傳輸和接受過(guò)濾器和ISA總線(xiàn)接口等 。,30,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,音頻接口 PXA255處理器包含AC97控制單元，支持音頻控制器(AC-link)，能通過(guò)串口傳輸數(shù)字音頻、調(diào)制調(diào)解器、音頻輸入、控制寄存器和狀態(tài)信息等。因?yàn)镻XA255處理器內(nèi)置了AC97控制器，需要外擴(kuò)一個(gè)音頻解碼芯片。 Xsbase255外擴(kuò)了Cirrus Logic CS4299用作音頻解碼器。,31,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,實(shí)時(shí)時(shí)鐘RTC 當(dāng)關(guān)閉Xsbase255系統(tǒng)電源，RTC4513可以通過(guò)一個(gè)電池來(lái)保持當(dāng)前的時(shí)間。系統(tǒng)外擴(kuò)了實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片RTC4513和一個(gè)紐扣電池組成RTC電路 。,32,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,串口 Xsbase開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供1個(gè)全功能的(FF，F(xiàn)ull Function)串口，1個(gè)藍(lán)牙串口(BT,Bluetooth)和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)UART(紅外接口)。它們使用PXA255中的第二功能GPIO引腳。全功能串口支持Modem控制功能，其最高波特率為230.4Kb/s；藍(lán)牙串口是一個(gè)高速UART，最高波特率為921.6Kb/s，可連接藍(lán)牙模塊 。,33,Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)-硬件資源,USB接口 Xsbase255開(kāi)發(fā)系統(tǒng)有1個(gè)USB-Client接口和2個(gè)USB-Host接口(其中一個(gè)是mini USB接口)。 USB-Client接口作為USB的從設(shè)備，一般與主設(shè)備如宿主機(jī)連接，用于下載數(shù)據(jù)和程序，也可以用作USB網(wǎng)口來(lái)使用。USB-Client控制器UDC集成在PXA255處理器內(nèi)部。