第5章XScale內(nèi)核及PXA270

1、ARM 嵌入式系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)第第5章章 XScale內(nèi)核及內(nèi)核及PXA270處理器簡介處理器簡介5.1 XScale內(nèi)核簡介 Intel XScale支持支持16位位Thumb指令和指令和DSP擴充指令。擴充指令。Intel PXA270微處理器芯片是一款集成了微處理器芯片是一款集成了32位位Intel XScale 處理器核、處理器核、多通信信道、多通信信道、LCD控制器、增強型存儲控制器和控制器、增強型存儲控制器和PCMCIA/CF控制器控制器以及通用以及通用I/O口的高度集成的應用微處理器。口的高度集成的應用微處理器。 5.1.1 XScale內(nèi)核的特點 u 7級流水線級流水線u 乘乘/

2、累加器累加器MACu 存儲器管理部件存儲器管理部件MMUu 指令指令Cacheu 轉(zhuǎn)移目標緩沖器轉(zhuǎn)移目標緩沖器BTB：u 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)Cacheu 填充緩沖區(qū)（填充緩沖區(qū)（Fill Buffer） u 寫緩沖區(qū)寫緩沖區(qū)(Write Buffer)u 性能監(jiān)視性能監(jiān)視u 電源管理電源管理u 調(diào)試調(diào)試5.1.2 XScale與StrongARM的區(qū)別 XScale處理器的處理速度是StrongARM處理速度的兩倍，其內(nèi)部變化包括：u數(shù)據(jù)Cache的容量從8KB增加到32KBu指令Cache的容量從16KB增加到32KBu微小數(shù)據(jù)Cache的容量從512B增加到2KBu為了提高指令的執(zhí)行速度，流水線結(jié)構(gòu)

3、由5級增至7級u新增乘/加法器MAC和特定的DSP型協(xié)處理器CP0u動態(tài)電源管理，使XScale處理器的時鐘最高可達1GHz、功率1.6W，并能達到1200MIPS5.2 PXA270結(jié)構(gòu) 5.2 PXA270特點PXA270具有以下特點具有以下特點：u高性能高性能u256KB的專用內(nèi)部高速代碼和數(shù)據(jù)的專用內(nèi)部高速代碼和數(shù)據(jù)SRAMu高速基帶協(xié)處理器高速基帶協(xié)處理器u豐富的串行外設豐富的串行外設u支持支持JTAG調(diào)試調(diào)試u片內(nèi)集成跟蹤緩沖區(qū)，具有硬件監(jiān)視特性片內(nèi)集成跟蹤緩沖區(qū)，具有硬件監(jiān)視特性u實時時鐘實時時鐘u操作系統(tǒng)定時器操作系統(tǒng)定時器uLCD控制器控制器 uUSIM（通用用戶識別卡）接口

4、（通用用戶識別卡）接口u低功耗低功耗u高性能的存儲器控制：高性能的存儲器控制：u靈活的時鐘靈活的時鐘u系統(tǒng)附屬外設單元系統(tǒng)附屬外設單元u中斷控制器中斷控制器5.3 PXA270存儲管理單元uMMU內(nèi)存管理單元(包含指令cache，指令MMU，數(shù)據(jù)cache，數(shù)據(jù)MMU) u系統(tǒng)存儲控制單元 5.3.1 PXA270存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 5.3.2 PXA270存儲控制器特征 u支持同步支持同步FLASH和和SDRAM接口接口u支持支持4塊塊16位或位或32位寬度的位寬度的SDRAMu支持支持1GByte的的SDRAM空間空間u支持支持104MHz的的1.8V JEDEC LP-SDRAMu有有6個靜態(tài)

5、存儲器接口個靜態(tài)存儲器接口u支持支持384MByte的的FLASH存儲器存儲器u有兩個有兩個PC卡存儲器的接口卡存儲器的接口u允許輪流控制系統(tǒng)總線允許輪流控制系統(tǒng)總線u在進入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改頻率模式之前，在進入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改頻率模式之前，會設置會設置SDRAM控制器為自刷新模式控制器為自刷新模式u為為DMA控制器提供各種控制信號控制器提供各種控制信號u可以配置塊可以配置塊0連接連接16位或位或32位的非易失性存儲器位的非易失性存儲器u提供一個可編程省電模式提供一個可編程省電模式5.3.2 PXA270存儲控制器特征 SDRAM存儲空間映射框圖5.3

6、.3 DMA控制器 DMA結(jié)構(gòu)框圖5.4 PXA270時鐘及電源管理單元 PXA270的時鐘及電源管理單元負責執(zhí)行處理器的復位、時鐘、能量管理以及控制外部能耗管理芯片，來達到對處理器功耗或者執(zhí)行某些單獨操作的能耗優(yōu)化。5.4.1 時鐘管理單元 5.4.1 時鐘管理單元 時鐘系統(tǒng)包括5個主要時鐘源：u13MHz振蕩器，產(chǎn)生PLL的參考時鐘和串口單元的時鐘u32.768kHz振蕩器，用于低功耗模式u外圍PLL（312MHz），用于產(chǎn)生外圍總線和外圍單元的固定頻率u核心PLL（26624MHz），用于產(chǎn)生內(nèi)核、LCD控制器、內(nèi)存控制器、系統(tǒng)總線的可編程時鐘頻率u存儲控制器時鐘輸出，設置存儲器控制器時

7、鐘頻率，讓它和系統(tǒng)總線頻率相同5.4.2 電源管理單元 5.5 PXA270中斷控制器PXA270有有22個中斷源。中斷控制器只支持單優(yōu)先級中斷個中斷源。中斷控制器只支持單優(yōu)先級中斷 5.6 PXA270 I/O模塊 PXA270可以使用和控制的通用I/O（以下統(tǒng)稱GPIO）管腳有119個，使用27個寄存器可以配置這些GPIO管腳的方向（輸入或輸出）、功能、狀態(tài)（輸出）、管腳的高低電平檢測（輸入）和選擇其他功能。5.6.1 GPIOPXA270的GPIO管腳可以用來生成和捕捉外設的輸出或輸入信號，每一個管腳可以通過編程設置成輸入和輸出。GPIO被作為特殊功能使用時，不能同時當作普通I/O口使用

8、。 5.6.2 專用鍵盤接口u專用鍵盤接口提供兩種功能模塊：矩陣鍵盤和直連鍵盤。矩陣鍵盤支持8輸入和8輸出，而直連鍵盤模塊只支持8個輸入。u矩陣鍵盤支持64個按鍵，手動和自動掃描方式。矩陣鍵盤接口和直連鍵盤接口都能產(chǎn)生中斷請求。u直連鍵盤支持8個按鍵和兩個旋轉(zhuǎn)編碼器。組合方式：8個按鍵、6個按鍵和1個旋轉(zhuǎn)編碼器、4個按鍵和2個旋轉(zhuǎn)編碼器。5.7.1 USB主控制器一個USB系統(tǒng)主要由4部分組成：客戶端軟件和USB主控制器驅(qū)動兩個軟件部分、主控制器和設備控制器兩個硬件部分。 5.7.2 USB設備控制器 USB設備控制器支持24個端點。USB控制器兼容USB1.1 協(xié)議，全速設備可半雙工地工作在

9、12Mbps的波特率下。 USB通信協(xié)議層次框圖如下所示：5.7.3 UART控制器PXA270處理器有3個UARTu 全功能UART（FFUART）u 藍牙UART（BTUART）u 標準UART（STUART）5.7.4 快速紅外接口 快速紅外接口工作在半雙工方式，適用于LED無線收發(fā)收器。快速紅外接口是基于4Mbps IrDA標準，使用4-PPM和一個指定串行數(shù)據(jù)包協(xié)議開發(fā)IrDA傳輸。為了支持這些標準，快速紅外接口有以下功能：u一個位編碼/解碼器u串行轉(zhuǎn)并行u一個8位64入口的發(fā)送FIFOu一個11位64入口的接收FIFO5.7.5 SSP通信控制器 uSSPC工作于主機方式，串行數(shù)據(jù)

10、格式為416位。SSPC具有1616位發(fā)送和接收數(shù)據(jù)FIFO。u發(fā)送的數(shù)據(jù)由CPU或DMA寫入SSPC的發(fā)送FIFO，SSPC從FIFO中取出數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)方式，從SSPTXD腳發(fā)送至外設。uSSPC使用串行數(shù)據(jù)格式來發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。每一個數(shù)據(jù)幀可設置為416位，先發(fā)送最高位。5.7.6 I2C總線控制器uI2C總線是一種采用雙線方式的串行總線。PXA270的I2C總線單元可用作主或從模式。I2C總線使用SDA線和SCL線與其他器件之間傳送信息。uI2C單元包括I2C總線的雙線接口、1個主/從傳送數(shù)據(jù)的8位緩沖器、1套控制和狀態(tài)寄存器以及1個并行/串行轉(zhuǎn)換移位寄存器。uI2C單元支持40

11、0Kb/s高速方式操作和100Kb/s的標準方式。5.8.1 實時時鐘單元（RTC）PXA270的實時時鐘包含5個功能單元u秒表單元u實時時鐘單元u計時器單元u周期性中斷單元u時間修正單元5.8.1 實時時鐘單元（RTC）RTC結(jié)構(gòu)圖5.8.2 OS定時器單元 OS （Operating System）定時器單元分兩部分：u第一部分包含一個計數(shù)器和4個定時器u第二部分包含8個計數(shù)器和8個定時器5.8.2 OS定時器單元 OS定時器單元結(jié)構(gòu)圖 5.8.3 PWM控制器PXA270處理器包含4路脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制器。每一路均由各自的寄存器控制，在外部引腳提供一個脈沖寬度調(diào)制信號。5.9 多

12、媒體控制單元PXA270處理器提供了功能齊全的多媒體控制單元，包括音頻、視頻、多媒體信息存儲等控制器，為該處理器在多媒體領域的應用提供了豐富的接口。5.9.1 AC97控制器 PXA270處理器的處理器的AC97控制器支持以下特性：控制器支持以下特性：u所以通道都只支持16位的硬件采樣。軟件可支持16位以下的采樣；u支持多種采樣率(48kHz或以下)；u可讀寫訪問AC97寄存器；u支持一個次要的編解碼器；u具有3個接收FIFO(32位，16個入口)；u具有2個發(fā)送FIFO(32位，16個入口)；u可選的AC97_SYSCLK輸出(用來支持不帶晶振的編解碼器)；uAC97控制器不支持以下特性：u

13、雙采樣率采樣(對PCM L,R和C進行n+1采樣)；u18位和20位寬的采樣。5.9.1 AC97控制器AC97控制器I/O信息表引腳名稱類型用途AC97_RESET_n輸出編解碼器復位信號（低有效）。復位時編解碼器寄存器也被復位。AC97_BITCLK輸入12.288MHz比特率時鐘AC97_SYNC輸出48kHz幀標記和同步信號AC97_SDATA_OUT輸出串行音頻數(shù)據(jù)輸出到編解碼器進行數(shù)模轉(zhuǎn)換AC97_SDATA_IN_0輸入從主要的編解碼器輸入串行的音頻數(shù)據(jù)AC97_SDATA_IN_1輸入從次要的編解碼器輸入串行的音頻數(shù)據(jù)AC97_SYSCLK輸出可選的24.576MHz時鐘輸出5

14、.9.2 I2S控制器 I2S控制器的特性：u可以記錄和播放64位立體聲音頻u左右聲道都是32位寬u每個通道都有16位MSB有效數(shù)據(jù)和16位LSB的補零u支持調(diào)整MSB模式和普通I2S模式u支持采樣率包括：48kHz, 44.1kHz, 22.05kHz, 16kHz, 11.025kHz 和8kHz。u可將比特率時鐘（I2S_BITCLK）配置為輸入或輸出。5.9.2 I2S控制器I2S控制器引腳列表 引腳名稱類型用途I2S_SYSCLK輸出系統(tǒng)時鐘 = I2S_BITCLK*4，僅供編解碼器使用I2S_BITCLK雙向比特率時鐘 = I2S_SYNC * 64I2S_SYNC輸出左右聲道識

15、別I2S_SDATA_OUT輸出串行輸出到編解碼器I2S_SDATA_IN輸入從編解碼器串行輸入5.9.3 多媒體卡控制器 PXA270多媒體卡控制器特征：多媒體卡控制器特征：u在MMC、1位SD/SDIO、SPI模式下數(shù)據(jù)傳輸速率可達19.5Mbpsu在4位SD/SDIO模式下數(shù)據(jù)傳輸速率可達78Mbpsu具有一個自響應FIFOu具有兩個發(fā)送FIFO和兩個接收FIFOu具有兩種操作模式：MMC/SD/SDIO模式和SPI模式uSD和SDIO通信模式支持1位和4位數(shù)據(jù)傳輸u控制器可基于FIFO的狀態(tài)來打開或關閉時鐘，來防止溢出和空載u支持所有的有效MMC和SD/SDIO協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸模式u具有基

16、于中斷的應用程序接口，用來控制軟件響應u在寫數(shù)據(jù)流時，數(shù)據(jù)不能小于10字節(jié)u使用MMC通信協(xié)議時支持多個MMC卡u使用SD或者SDIO通信協(xié)議時，只能支持一個SD卡或者SDIO設備u使用SPI通信協(xié)議時，最多支持兩個MMC或者SD/SDIO卡5.9.3 多媒體卡控制器多媒體卡控制器的引腳信號 引腳MMC和SD/SDIO模式的方向SPI模式的方向用途MMCLK輸出輸出MMC和SD/SDIO總線時鐘MMCMD雙向輸出MMC和SD/SDIO模式下：發(fā)送和返回命令包；SPI模式下：輸出命令和寫數(shù)據(jù)MMDAT雙向輸入MMC和SD/SDIO模式下：讀寫數(shù)據(jù)；SPI模式下：讀入命令和數(shù)據(jù)MMDAT雙向輸入M

17、MC和SD/SDIO模式下：4位SD/SDIO數(shù)據(jù)傳輸和SDIO中斷；SPI模式下：SDIO中斷MMDAT/MMCCS雙向輸出SD/SDIO模式下：4位數(shù)據(jù)傳輸；SPI模式下：CS0片選MMDAT/MMCCS雙向輸出SD/SDIO模式下：4位數(shù)據(jù)傳輸；SPI模式下：CS1片選5.9.3 多媒體卡控制器控制器和MMC卡的連接圖 控制器和SD/SDIO卡的連接圖 5.9.4 Memory Stick Host控制器 PXA270的記憶棒主機控制器特征：的記憶棒主機控制器特征：u支持SONY的記憶棒標準u內(nèi)部有接收和發(fā)送FIFO緩沖區(qū)u內(nèi)部有CRC校驗寄存器u傳輸時鐘20MHzu數(shù)據(jù)傳輸可以使用I/

18、O、中斷、DMA方式u支持發(fā)生記憶棒中斷時，能夠自動執(zhí)行指令5.9.4 Memory Stick Host控制器 Memory Stick Host控制器I/O信號表 名稱類型用途MSBS輸出串行議總線狀態(tài)MSSDIO雙向串行數(shù)據(jù)信號NMSINS輸入記憶棒插拔檢測MSSCLK輸出串行時鐘信號5.9.4 Memory Stick Host控制器Memory Stck連接圖 Memory Stick Host控制器和記憶棒使用32位的應用程序接口，可以完成下列功能：u 使用MSHC指令寄存器發(fā)送傳輸協(xié)議指令（TPCs）給記憶棒u 使用兩個獨立的接收（RX）和發(fā)送（TX）FIFOu 使用預定義指令也

19、就是自動指令（ACD）來響應記憶棒中斷u 將記憶棒置于低功耗模式5.9.5 視頻快速捕捉接口 快速捕捉接口特點：快速捕捉接口特點：u支持4位和5位設備連接的串行接口u支持ITU-R BT.656-4 SAV和EAV嵌入式同步信號u預處理捕捉模式有各種數(shù)據(jù)格式u原始數(shù)據(jù)捕捉模式：視頻快速捕捉接口能夠捕捉幾乎所有的原始數(shù)據(jù)u支持8位、9位和10位原始像素打包u支持打包的和普通的YCbCr 4:2:2 數(shù)據(jù)格式u可編程的垂直和水平分辨率，最高可達2048*2048u可編程的攝像頭時鐘輸出，頻率從196.777kHz到52MHzu具有內(nèi)外時鐘同步的可編程的接口時鐘信號u具有可編程的FIFO溢出中斷、行

20、結(jié)束中斷和幀結(jié)束中斷u具有可編程的幀采集率，允許用戶采集所有的幀，或者每2到8幀采集一幀 5.9.5 視頻快速捕捉接口 視頻快速捕捉接口的I/O信號描述表 引腳名稱類型定義CIF_DD輸入數(shù)據(jù)線：每個像素時鐘周期傳輸4，5，8，9或10位數(shù)據(jù)CIF_MCLK輸出時鐘：用于攝像頭的可編程的時鐘輸出CIF_PCLK輸入像素時鐘：將像素數(shù)據(jù)放入輸入FIFO中。不可大于CICLK的 1/4。當CICLK為104MHz時，CIF_PCLK最大能取26MHzCIF_LV輸入/輸出行起始，或可變同步信號CIF_FV輸入/輸出幀起始，或可變同步信號5.10.1 Mobile Scalable Link接口 PXA270的的MSL具有以下關鍵特征：具有以下關鍵特征：u兩個獨立、高速、單向連接u數(shù)據(jù)連接通道寬度可以升級u048MHz異步時鐘連接u48MHz時，傳輸速率可達到192Mbpsu低功耗：1.8V(+20%/-5%),2.5V,3.0V and 3.3V +