基于ARM核音頻解碼器單芯片系統(tǒng)-畢業(yè)論文-

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)基于ARM核的音頻解碼器單芯片系統(tǒng)

摘要引言一、功能框圖及功能塊描述二、基本工作原理CPU內(nèi)核狀態(tài)控制復(fù)位時(shí)鐘中斷處理EP7209的啟動(dòng)方式存儲器和I/O擴(kuò)展接口大端配置與小端配置支持片上幀緩沖器的LCD控制器三、內(nèi)存映射四、基于EP7209的最大系統(tǒng)結(jié)束語千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)簡要介紹Cirrus

Logic公司的嵌入式處理器產(chǎn)品

EP7209的結(jié)構(gòu)、功能、接口特性等,并給出基于

EP7209所能構(gòu)建的最大系統(tǒng)。對使用EP7209構(gòu)建

嵌入式系統(tǒng)有一定參考價(jià)值,也有助于了解arm核。關(guān)鍵詞：嵌入式處理器嵌入式系統(tǒng)arm核摘要

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209是世界上第一片既支持流行的MP3標(biāo)準(zhǔn),也支持諸如Microsoft

Audio等快速涌現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字音頻解碼器片上系統(tǒng)。EP7209在74MHz

下運(yùn)行時(shí)其性能與基于100MHz英特爾奔騰芯片的個(gè)人計(jì)算機(jī)相同,且消耗的功率特別?。涸?.5V電壓下,功耗不足170mW。它的arm核提供了一個(gè)優(yōu)秀的數(shù)字信號處理器所能夠提供的處理能力,因此,互聯(lián)網(wǎng)音頻處理僅占用了該芯片50%的處理能力。這給嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員留下了高達(dá)25MIPS（百萬條指令每秒）的處理能力用于實(shí)現(xiàn)其它功能。本文著重討論EP7209的結(jié)構(gòu)、功能、接口特性等及其在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用。引言

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)圖1是EP7209的功能框圖。由圖1可知EP7209含有如下功能塊一、功能框圖及功能塊描述

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

（1）arm720T處理器含有如下功能子塊：①arm7TDMI

CPU核。該CPU核支持Thumb指令集、核調(diào)試、增強(qiáng)的乘法器、JTAG以及嵌入式ICE。它的時(shí)鐘速率可編程為18MHz、36MHz、49MHz、

74MHz。②內(nèi)存管理單元（MMU）與arm710核兼容,并增加了對WindowsCE的支持。該內(nèi)存管理單元提供了地址轉(zhuǎn)換和一個(gè)有64個(gè)項(xiàng)的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器。③提供了8KB的單一的指令和數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器以及一個(gè)四路相聯(lián)高速緩沖存儲器控制器。④寫緩沖器。（2）38400字節(jié)的片上SRAM,可以在LCD控制器和通用應(yīng)用之間共享。（3）內(nèi)存可以和高達(dá)6個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)展段接口,每個(gè)擴(kuò)展段有256MB,且等待狀態(tài)可編程。千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

（4）27位的通用I/O,可以多路復(fù)用,以在需要時(shí)提供額外的功能。（5）數(shù)字音頻接口（DAI）可以直接與CD音質(zhì)的DAC和編解碼器相連。中斷控制器。先進(jìn)的系統(tǒng)狀態(tài)控制及電源管理。（8）2個(gè)16550A兼容的全雙工UART,含16字節(jié)的發(fā)送及接收FIFO。SIR協(xié)議紅外線數(shù)據(jù)編解碼器,速率最高達(dá)115.2kbps。LCD控制器,16級灰度,可編程為1、2或4位每像素。片上的啟動(dòng)ROM,已固化了用于串行加載的啟動(dòng)代碼。（12）2個(gè)16位的通用定時(shí)計(jì)數(shù)器。千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

（13）1個(gè)32位的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和比較器。（14）2個(gè)同步串行接口,用于諸如ADC等Microwire或SPI外圍器件。一個(gè)接口支持主模式和從模式,另一個(gè)僅支持主模式。（15）完全的JTAG邊界掃描和嵌入式ICE支持。（16）2個(gè)可編程的脈沖寬度調(diào)制接口。（17）1個(gè)用于和1或2個(gè)CirrusLogicCL-PS6700PC卡控制器器件相連的接口,可支持2個(gè)PC卡插槽。振蕩器和鎖相環(huán),用于由外部的3.6864

MHz的晶振產(chǎn)生內(nèi)核所需要的18.432MHz、36.864

MHz、49.152MHz或73.728MHz的時(shí)鐘。此外還有一個(gè)外部時(shí)鐘輸入端（在13MHz模式下使用）。一個(gè)低功耗的32.768kHz的振蕩器,用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘所需要的1Hz時(shí)鐘。所有的外部存儲器和外圍器件都應(yīng)連接到32位的數(shù)據(jù)總線D[0:31]上,并應(yīng)使用28位的地址總線A[0:27]和其它控制信號。千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209的核心邏輯功能是建立在一個(gè)

arm720T嵌入式處理器之上的。對EP7209的設(shè)計(jì),以低功耗為目的進(jìn)行了優(yōu)化,并使用完全靜態(tài)的

0.25μm的CMOS制造工藝。低功耗的思想同樣體現(xiàn)在狀態(tài)設(shè)計(jì)、時(shí)鐘使用的方式上。下面將有選擇地介紹EP7209的工作原理。二、基本工作原理

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)ARM720T由一個(gè)arm7TDMI

32位RISC處理器、一個(gè)單一的高速緩沖和一個(gè)存儲器管理單元（MMU）所構(gòu)成。8KB的高速緩沖有一個(gè)四個(gè)項(xiàng)的相聯(lián)寄存器,并被組織成512線四字(4×512×4字節(jié))。高速緩沖直接與ATM7TDMI相連,因而高速緩沖來自CPU的虛擬地址。當(dāng)所需的虛擬地址不在高速緩沖中時(shí),由MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。一個(gè)64個(gè)項(xiàng)的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器(TLB)被用來加速地址轉(zhuǎn)換過程,并減少頁表讀取所需的總線傳送。僅通過轉(zhuǎn)換高速緩沖中未存儲的地址,MMU就能夠節(jié)約功率。1．CPU內(nèi)核

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209支持如下的電源管理狀態(tài)：操作、空

閑和后備(節(jié)能),如圖2所示。正常的程序執(zhí)行狀態(tài)為操作狀態(tài)。這是一個(gè)完全性能狀態(tài),時(shí)鐘和外圍器件都被使能。除了CPU時(shí)鐘被暫停外,空閑狀態(tài)與操作狀態(tài)是一樣的。一個(gè)中斷或喚醒將使空閑狀態(tài)返回到操作狀態(tài)。后備狀態(tài)下功耗最小,選擇此模式會關(guān)閉主振蕩器,只對實(shí)時(shí)時(shí)鐘和相關(guān)邏輯提供電源。當(dāng)EP7209處于后備狀態(tài)時(shí),為保證系統(tǒng)能夠正常喚

醒,所有電源和地引腳仍然與電源和地相連是非常重要的。后備狀態(tài)唯一能夠變遷到的狀態(tài)是操作狀態(tài)。2．狀態(tài)控制

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209有三個(gè)異步復(fù)位信號：nPOR、nPWRFL和nURESET。如它們中的任一個(gè)有效,系統(tǒng)復(fù)位將由內(nèi)部產(chǎn)生。除了RTC數(shù)據(jù)和匹配寄存器外,所有的EP7209內(nèi)部寄存器都將被復(fù)位。為了使系

統(tǒng)時(shí)間在用戶復(fù)位或電源失敗的狀況下得以保持,RTC數(shù)據(jù)和匹配寄存器僅由nPOR引起的復(fù)位所清除。任何復(fù)位都將復(fù)位CPU,并在EP7209返回操作狀態(tài)時(shí)使CPU從復(fù)位矢量處開始執(zhí)行程序。3.復(fù)位

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209有兩個(gè)時(shí)鐘模式：外部時(shí)鐘輸入和片上PLL。時(shí)鐘源的選取是由端口E的第2腳(PE[2])的一個(gè)陷阱選項(xiàng)來實(shí)現(xiàn)的。如果PE[2]在nPOR的上升沿處為高(例如上電時(shí)),外部時(shí)鐘模式被選取;如果

PE[2]為低,那么,片上PLL模式被選取。上電以后,

PE[2]可用作通用輸入輸出端口。EP7209器件有幾個(gè)獨(dú)立的邏輯部分,每一個(gè)都有自己的時(shí)鐘頻率要求。當(dāng)EP7209處于外部時(shí)鐘

模式時(shí),外圍器件的真實(shí)頻率將不同于PLL模式時(shí)的頻率。4.時(shí)鐘

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)在程序的執(zhí)行期間,當(dāng)一個(gè)不可預(yù)測事件(如中斷或存儲器錯(cuò)誤)發(fā)生時(shí),通常要產(chǎn)生一個(gè)例外。當(dāng)這些例外在同一時(shí)間發(fā)生時(shí),將由固定優(yōu)先權(quán)服務(wù)體系決定其被處理的次序。表1顯示了所有例外的優(yōu)先權(quán)次序。5.中斷處理

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

EP7209中斷控制器有兩個(gè)中斷類型：中斷請求(IRQ)和快速中斷請求(FIQ)。中斷控制器有能力控制來自22個(gè)不同的FIQ和IRQ中斷源的中斷。這22個(gè)之中,有17個(gè)被映射為

IRQ輸入,而另5個(gè)源被映射為FIQ輸入。FIQ較IRQ有較高的

優(yōu)先級。如果來自于同一個(gè)組(IRQ或FIQ)的兩個(gè)中斷被接收到的話,其服務(wù)次序必須由軟件來解決。所有中斷均為電平敏感,也就是說,它們必須與下列的次序一致。中斷器件(內(nèi)部或者外部)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)闹袛?。如果中斷屏蔽寄存器中適當(dāng)?shù)奈灰驯辉O(shè)置,那么一個(gè)FIQ或IRQ將由中斷控制器產(chǎn)生。如中斷被使能的話,處理器將跳轉(zhuǎn)到適當(dāng)?shù)牡刂?。千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

中斷調(diào)度軟件讀中斷狀態(tài)寄存器,以確定中斷源并調(diào)用相應(yīng)的中斷服務(wù)例程。中斷服務(wù)例程中的軟件將清除中斷源,這是通過對申請中斷的器件采取一些由該器件特定的行動(dòng)來實(shí)施的(如,讀UART

RX寄存器)。然后,中斷服務(wù)例程可以重新使能中斷。任何其它未處理的中斷都將以相同的方法被服務(wù)?；蛘?它可以返回到中斷調(diào)度軟件。此軟件能檢查任何其它的未處理中斷并能相應(yīng)地調(diào)度它們。"End

of

Interrupt"類型的中斷將被鎖存。所有其它的中斷源(如外部中斷源)必須保持有效,直到相應(yīng)的服務(wù)例程開始執(zhí)行為止。千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)片上啟動(dòng)ROM的128字節(jié)中包含有一個(gè)指令序列。此指令序列能夠初始化器件,然后配置UART1以接收2048字節(jié)的串行數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)接

收后將置于片上的SRAM中。一旦下載傳送完成,執(zhí)行將跳轉(zhuǎn)到片上SRAM的起始處。這將允許諸如在產(chǎn)品的制造過程中將代碼下載并編程到系統(tǒng)

Flash中這樣的操作。是否從片上啟動(dòng)ROM啟動(dòng)系統(tǒng)是由nMEDCHG引腳在電源復(fù)位期間的狀態(tài)決定的。如果nPOR有效時(shí),nMEDCHG為高,那么,EP7209將從連接到CS[0]的外部存儲器器件啟動(dòng)(正常啟動(dòng)模式);如果nMEDCHG為低,那么,啟動(dòng)將從片上ROM處開始。注意：在兩種情形下,上電復(fù)位結(jié)束后,

EP7209將處于后備態(tài),而且為了真正地開始執(zhí)行啟動(dòng)序列,需要在

WAKEUP引腳上有一個(gè)由低到高的跳變。片上ROM啟動(dòng)的結(jié)果是對所有片選的解碼都翻轉(zhuǎn)了。控制啟動(dòng)選項(xiàng)的信號由nPOR鎖存,這意味著地址和總線寬度的重新映射將繼續(xù)應(yīng)用,直到nPOR的再一次有效為止。從ROM啟動(dòng)后,啟動(dòng)ROM的內(nèi)容可從地址

0x0000000處讀回來;而在正常操作狀態(tài)下,啟動(dòng)ROM的內(nèi)容可從地址范

圍0x70000000中讀回。6.EP7209的啟動(dòng)方式

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209能夠解碼6個(gè)分立的線性存儲器或擴(kuò)展段。其中的兩個(gè)可為PC

Card卡預(yù)留,每一個(gè)接口連接到一個(gè)獨(dú)立的單個(gè)CL-

PS6700器件。每一個(gè)段的大小為256MB。兩個(gè)附加段(除了這6個(gè)段以外的)被用于片上SRAM和片上ROM。片上ROM空間被完全

解碼,SRAM空間也被完全解碼到編程在LCDCON寄存器中的視頻

幀緩沖器的最大容量中(128KB)。超出此地址范圍的SRAM空間不被完全解碼(即超出128KB范圍的任何存取將繞回到128KB范圍內(nèi))。

6個(gè)段中的任一個(gè)可配置成與傳統(tǒng)SRAM接口一致的接口相連接,而

且能單獨(dú)地被編程為8、16或32位寬,支持頁模式存取,并且在執(zhí)行非連續(xù)存取時(shí)可插入1～8個(gè)等待狀態(tài),執(zhí)行觸發(fā)模式存取時(shí)可插入

0～3個(gè)等待狀態(tài)。零等待狀態(tài)連續(xù)存取特性被設(shè)計(jì)成支持觸發(fā)模

式的ROM。對使用nMWE引腳的可寫存儲器件,不允許零等待狀態(tài)連續(xù)存取,至少應(yīng)插入一個(gè)等待狀態(tài)（等待狀態(tài)數(shù)應(yīng)編程到適當(dāng)?shù)腗EMCFG寄存器的連續(xù)域中）?？偩€周期也可以通過使用EXPRDY輸入信號來進(jìn)行擴(kuò)展。7.存儲器和I/O擴(kuò)展接口

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)EP7209對內(nèi)部寄存器使用小端(little

endian)配置。然而,連結(jié)器件到用大端(big

endian)配置的外部存儲器系統(tǒng)上是可能的。arm720T控制寄存器中的大端/小端位設(shè)置了EP7209在處理存儲器中的字時(shí)是按大端格式還是小端格式進(jìn)行。存儲器被認(rèn)為是從0開始向前編號的字節(jié)的線性組合。字節(jié)0~3容納第1個(gè)被存儲的字,字節(jié)4~7容納第2個(gè)字,等等。在小端規(guī)劃中,字中編號最低的字節(jié)認(rèn)為是字的最低位字節(jié),而編號最高的字節(jié)被認(rèn)為是字的最高位字節(jié)。存儲系統(tǒng)的Byte0在這個(gè)規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)連到數(shù)據(jù)線7到0(D[7:0])。在大端規(guī)劃中,字的最高位字節(jié)被存儲于編號最低的字節(jié)中,而最低字節(jié)存儲于編號最高的字節(jié)中。因此,存儲器系統(tǒng)的Byte0應(yīng)當(dāng)連到數(shù)據(jù)線31到24(D[31:24])。裝載和存儲指令是被大小端配置影響的唯一指令。8.大端配置與小端配置

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)LCD控制器提供了所有需要的控制信號以便直接與一個(gè)單面板復(fù)合LCD接口。面板的大小是可編程的,可以是以16像素為增量,從32到1024像素的任何寬度（線長度）?？偟囊曨l幀緩沖大小可編程為高達(dá)128KB。這等同于理論上最大的面板大小1024×256像素(每像素4個(gè)位)。視頻幀緩沖器可定位于任何一個(gè)片選所控制的存儲器中。在任何一個(gè)片選所控制的存儲器中,它的起始地址固定于地址0X00000000。LCD視頻幀緩沖器的起始地址定義在寄存器FBADDR[3：0]中,這些位將成為外部地址總線的最重要nibble（半字節(jié)）。缺省起始地址為0XC0000000（FBADDR=0XC）。一個(gè)使用片上SRAM（OCSR）建立的系統(tǒng)將把片上SRAM用于LCD視頻幀緩沖以及用于各種數(shù)據(jù)的存儲。LCD視頻幀緩沖器起始地址在這個(gè)系統(tǒng)中應(yīng)當(dāng)設(shè)置為0X6。9.支持片上幀緩沖器的LCD控制器

千鋒嵌入式學(xué)院最專業(yè)的嵌入式培訓(xùn)機(jī)構(gòu)

地址空間的低2GB分配給了存儲器。在EP7209中,恰好在2GB下的8KB的空間是為內(nèi)部寄存器所準(zhǔn)備的且不可存取,EP7209的MMU應(yīng)被編程為在訪問這一區(qū)域時(shí)產(chǎn)生一個(gè)中斷例外。通過從十六進(jìn)制地址8000.0000到8000.3FFF的一組內(nèi)部存儲器位置來尋址內(nèi)部外圍部件。這些內(nèi)存位置在EP7209中被認(rèn)為是內(nèi)部寄存器。從0x8000.0000到0x8000.1FFF含有與CL-

PS7111兼容的寄存器,包含了這些寄存器是為了向下兼容并稱它們?yōu)榕f的內(nèi)部寄存器。表2顯示了arm720T處理器的4GB地址空間范圍在EP7209中是如何被映射的（