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基于ARM核的IntelTMStrongARM嵌入式系統(tǒng)

基于ARM核的IntelTMStrongARM嵌入式系統(tǒng)

作者:佚名來源:不詳錄入:jdzj868 更新時間：2009-6-4 10:21:05 點擊數(shù)：1

【字體：

】

介紹InteltTMStrongARM的起源以及SA－1110和SA－1111之間的關(guān)系，重點介紹了SA－1110處理器和SA－1111套片的結(jié)構(gòu)、功能和接口特性，給出了這兩種芯片的連接關(guān)系示意圖。

    1 簡介
    StrongARM是一種性能很高，同時也可滿足常規(guī)應(yīng)用需要的微處理器技術(shù)。SA110處理器、SA1100、SA1110 PDA系統(tǒng)芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術(shù)。其中IntelTMStrongARMSA－1110微處理器是一款集成了32位StrongARMRISC處理器核和系統(tǒng)支持邏輯以及多通信通道、LCD控制器、存儲器、PCMCIA控制器、通用I／O口的高集成度通信控制器。該處理器最高可在206MHz下運行。SA－1110帶有一個大的指令cache和數(shù)據(jù)cache，同時帶有內(nèi)存管理單元（MMU）和讀／寫緩存。它的存儲器總線可以和SDRAM、SMROM和類似SRAM的許多器件相接。其軟件可與ARM＊V4結(jié)構(gòu)處理器家族相兼容，該核派生于IntelTM StrongARMSA－110，但是有以下一些改變：
　　●數(shù)據(jù)cache的尺寸從16k字節(jié)減少到8k字節(jié)；　　
    ●增加了512字節(jié)的袖珍數(shù)據(jù)cache；
　　●具有硬件斷點和讀緩存；
　　●具有中斷向量地址調(diào)整能力；
　　●內(nèi)含增強型內(nèi)存管理單元（MMU）；
　　●增加了一個過程ID寄存器。
　　SA－1111是SA－1110的套片，用來配合SA－1110使用。在增加功能的同時，使用SA－1111可使所設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)的外圍器件大大減少，從而降低系統(tǒng)成本。SA－1111提供有一個USB控制器、兩個PS／2口（鼠標(biāo)和跟蹤板）、一個PCMCIA和CF卡接口、AC－Link／I2 S串行音頻口、兩個脈寬調(diào)制（PWM）輸出和一個通用串行口。這些功能模塊可通過一個快速內(nèi)部同步總線連接到一起，然后通過系統(tǒng)總線接口（SBI）可將內(nèi)部總線連接到SA－1111的存儲器／系統(tǒng)總線上，在SA－1111和SA－1110之間傳遞所有的控制和數(shù)據(jù)信息。因此，SA－1111在具有高端計算性能的便攜設(shè)備和嵌入式應(yīng)用場合具有很高的性價比。

    2 SA－1110的功能特點

    圖1是SA－1110的結(jié)構(gòu)框圖，圖2所示是其引腳功能圖。

    2．1 SA－1110CPU主要特點
　　SA－1110中的CPU在133 MHz下運行時具有150 MIPS（百萬條指令每秒）的指令運算能力（Dhrystone 2．1），而在206 MHz下運行時可達到235MIPS。另外，該系統(tǒng)還具有如下特點：
　　●帶有存儲器總線接口，可方便地與ROM（SMROM）、Flash、SRAM以及類似于SRAM可變等待時間的I／O、DRAM和SDRAM進行接口，同時支持兩個PCMCIA槽。
　　●具有32個項的MMUs，可映射4k字節(jié)、8k字節(jié)或1M字節(jié)，內(nèi)含32路32個項的相聯(lián)cache，并具有16k字節(jié)指令cache和8k字節(jié)數(shù)據(jù)cache，另外，它還具有系統(tǒng)總線接口（SBI），可共享存儲器控制器（SMC）、寄存器存取總線（RAB）和DMA總線。
　　●具有總共8個寫緩存，每個尺寸在1～16字節(jié)之間；
    ●具有大小端操作模式；
    ●有4個讀緩存，每個尺寸為1、4或8個字；
　 ●功耗低，在1．55 V／133 MHz時，其功耗小于240mW；而在1．75 V／206 MHz時，功耗小于400mW；
　 ●內(nèi)部帶有鎖相環(huán)（PLL），其內(nèi)部3．6863MHz振蕩器和32．768kHz振蕩器可為系統(tǒng)提供時鐘基準(zhǔn)。
    ●具有正常（完全運行）、空閑（下電）和睡眠（下電）三種電源管理模式。
　　●帶有3．3VI／O接口。采用256mBGA封裝。

    2．2 SA－1110的主要功能
    a．CPU內(nèi)核
　　SA－1110 CPU使用ARMV4體系結(jié)構(gòu)，并通過使用協(xié)處理器15使該體系結(jié)構(gòu)得到增強。系統(tǒng)中的控制寄存器可通過對協(xié)處理器15的讀寫來對MMU、cache和讀寫緩存控制寄存器進行存取操作。

　　SA－1110 MMU具有32個項的轉(zhuǎn)換旁路緩存器（TLB）用于指令和數(shù)據(jù)流，每項均可映射存儲器中的段、大頁和小頁。同時，SA－1110還擁有16k字節(jié)指令cache和8k字節(jié)數(shù)據(jù)cache。為了避免由于主數(shù)據(jù)cache大量讀寫而導(dǎo)致的周期性數(shù)據(jù)傳輸，芯片還提供了一個袖珍cache。數(shù)據(jù)和指令cache以32字節(jié)為一塊進行操作，并采用循環(huán)方式進行刷新存儲。袖珍cache是一個具有16個入口和2路相互關(guān)聯(lián)的cache，可執(zhí)行最小最近使用（LRU）算法以刷新存儲。另外，SA－1110還提供有兩個讀／寫緩存。其中讀緩存要求在軟件的控制下進行嚴格的數(shù)據(jù)預(yù)取，以避免在對外部存儲器進行讀寫時發(fā)生指令流堵塞。寫緩存有8個入口，每個入口的尺寸為1～16個字節(jié)。讀緩存有4個入口，每個入口尺寸為1、4或8個字。

　　b．系統(tǒng)控制功能
　　SA－1110內(nèi)含定時器、高級電源管理、中斷控制、復(fù)位控制以及用于產(chǎn)生時鐘的片上振蕩器和鎖相環(huán)。它帶有26路通用I／O，可由CPU直接進行讀寫或通過編程產(chǎn)生中斷。在32．768kHz的晶振下，實時時鐘具有每月5秒的誤差精度。32位OS定時器使用3．686MHz振蕩器，可用于4個32位的定時匹配寄存器，其中一個被專門用于看門狗定時中斷，其它三個用于內(nèi)部定時器或者由用戶定義。中斷控制器可以調(diào)度所有的中斷源，它有中斷請求（IRQ）和快速中斷請求（FIQ）兩種中斷類型。其中IRQ是一個低級中斷，可以被FIQ中斷。對于ARM體系結(jié)構(gòu)，F(xiàn)IQ是獨特的，可以對被用戶所定義的特定中斷源進行快速服務(wù)。對于正在服務(wù)的中斷有兩類信息，第一類用于通知用戶或操作系統(tǒng)SA－1110上哪個模塊滿足中斷條件，第二類則用于提供該模塊內(nèi)部引起該中斷的具體事件。
　　復(fù)位控制器用于管理SA－1110內(nèi)部各種復(fù)位源，提供調(diào)用軟件復(fù)位功能。無論是硬復(fù)位、軟復(fù)位、看門狗定時器滿或是睡眠模式復(fù)位，復(fù)位控制器只跟蹤最后一次復(fù)位的原因。
　　SA－1110還提供28根通用I／O引腳，這些引腳可通過編程將其設(shè)置在上升沿、下降沿或是上面兩種情況下產(chǎn)生中斷。同時用戶也可以選擇使用GPIO引腳的一部分來完成串行通道或LCD控制器等其它功能。

　　c．存儲器和PCMCIA控制模塊
　　存儲器和PCMCIA控制模塊（MPCM）支持4個快頁模式（FPM）段、EDO段和SDRAM段，也支持6個靜態(tài)內(nèi)存段，所有6個靜態(tài)段均可使用ROM或Flash存儲器。同時低3個靜態(tài)段支持SRAM，高3個靜態(tài)段支持可變等待時間的I／O設(shè)備。另外，低4個靜態(tài)段還支持32位數(shù)據(jù)總線的SMROM。

　　d．外圍控制模塊
　　SA－1110擁有6個通道的DMA控制器，并在串行通信中支持高速數(shù)據(jù)傳輸。由于LCD控制器擁有自己獨立的DMA通道，因此，這六個DMA通道可用于其它外圍I／O功能。通常情況下，DMA控制器可專門用于串行通道和外部存儲器（DRAM、SRAM、Flash或ROM）之間的數(shù)據(jù)傳輸。LCD控制器支持TFT和STN屏，并在一個1024×1024的顯示屏上支持256種顏色和16級灰度，該控制器采用專用的抖動算法控制顯示的亮度。對于彩色顯示，在一幀中，抖動算法可從4096種顏色中控制選擇256種顏色來顯示。LCD控制器可將幀緩存作為地址值進行訪問。通過12位寬的調(diào)色板RAM可將該地址值作為256入口的索引值被解碼。
　　SA－1110上的串口0執(zhí)行通用串行總線（USB）從協(xié)議，并支持3個端點（半雙工、12 Mbps方式）。串口1為通用異步收發(fā)口（UART），最高速率為230kbps。串口2支持紅外數(shù)據(jù)（IrDA），速率為115 kbps或4Mbps。其中低速IrDA執(zhí)行HP－SIR＊標(biāo)準(zhǔn)，高速Ir－DA執(zhí)行4 PPM標(biāo)準(zhǔn)。串口3是一個工作在56．24 bps到230kbps的UART�？梢杂肎PIO引腳來定義調(diào)制解調(diào)器的控制信號，這些引腳一般不預(yù)先定義。串口4是一個多媒體通信口或同步串行口（MCP／SSP）。這些串口一般用來與特定的數(shù)／模I／O設(shè)備相接，其中包括多媒體數(shù)字信號編解碼器、鍵盤、觸摸板、音頻設(shè)備等等。另外SA－1110還可以通過專門的2個與SSP相連的GPIO引腳為用戶提供MCP和SSP。
　　該MCP可以和Phillips UCB1200直接相接，芯片提供有音頻和電信編解碼器、觸摸板接口和10個通用I／O引腳。SA－1110擁有兩組發(fā)送和接收FIFO，可用于電信和音頻數(shù)據(jù)。它還提供了兩個21位數(shù)據(jù)寄存器，一個用于發(fā)送，另一個用于接收。而SSP邏輯接口支持National MicroWire＊協(xié)議、Texas Instru－ments＊同步串行協(xié)議和Motorola SPI＊協(xié)議的一部分。所有這些協(xié)議都適用于鍵盤驅(qū)動、串行E－PROMs、ADC／DAC和類似于錄音／播放等特殊目的的設(shè)備。

　　3 IntelTMStrongARMSA－1111的功能

　　3．1 SA－1111的主要特點
　　SA－1111的功能框圖如圖3所示。其主要特點如下：
　　●內(nèi)含PLL時鐘發(fā)生器；
　　●具有三種工作模式；
　　●系統(tǒng)總線接口可共享存儲器控制器（SMC）、寄存器存取總線（RAB）和DMA總線；
　　●帶有PCMCIA和CF接口；
　　●USB主控制器兼容USB－Rev 1．1，并支持1．5 Mbits／s和12 Mbits／s兩種工作速率；
　　●具有兩個PS／2口和SSP＊串行數(shù)據(jù)口；
　　●帶有兩個PWM輸出；
　　●支持音頻AC－Link／I2 S串行口；

    ●帶有與AC－Link 1．03標(biāo)準(zhǔn)兼容的AC＇97多媒體信號編解碼器和I2S格式多媒體信號編解碼器；
    ●采用256 mBGA封裝。

    3．2 SA－1111的主要功能
　　USB主控制器兼容于Open HCI、Windows95＊USBD和USB－Rev1．1，同時支持低速（1．5 Mbits／s）和高速USB（12 Mbits／s）設(shè)備。USB主控制器采用DMA方式，可用來控制USB外圍設(shè)備和系統(tǒng)緩存之間的數(shù)據(jù)傳輸。
　　兩個PS／2口可用于鍵盤、鼠標(biāo)、跟蹤板或其它與PS／2兼容的設(shè)備。在PS／2模式下，PS／2引腳特性類似于開漏極I／O。而在非PS／2模式下，這些引腳可作為GPIO。
　　PCMCIA和CF接口可驅(qū)動所有兩個插座（各用于PCMCIA和CF）的信號，它不需要外部緩存。通過I／O緩存可以驅(qū)動3．3V和5V信號。而控制邏輯和內(nèi)置緩存則省去了外部邏輯和緩存／收發(fā)元件，從而提供了一個高集成度和低功耗的解決方案。
　　兩個PWM輸出可用于為LCD顯示提供亮度和對比度控制。作為8位的數(shù)／模轉(zhuǎn)換器，再加上一些外部過濾元件即可完成該功能。當(dāng)不使用該功能時，此二引腳可作為GPIO。
　　利用全雙工串行口可通過AC－Link、I2 S或＂MSB－Justified＂格式發(fā)送和傳送連續(xù)的音頻數(shù)據(jù)。
AC－Link完全支持AC＇97編解碼器，該解碼器完全兼容于AC－Link 1．03標(biāo)準(zhǔn)。而對于AC＇97編解碼器，數(shù)字化的音頻最高用16位采樣值，可以同時向兩個方向傳遞，重放和音頻輸出（SA－1111到編解碼器）固定在48kHz。而對于輸入音頻（編解碼器到SA－1111），由于串行音頻口支持可變采樣率，因此，利用兼容于AC－Link 1．03標(biāo)準(zhǔn)的編解碼器可通過軟件來控制選擇輸入音頻的采樣率，同時音頻串行口也支持I2S或＂MSB－Justified＂模式。I2S的取樣率可以是8、11．025、16、22．05、32或44．1kHz。
　　SSP＊串行數(shù)據(jù)口是全雙工的，通過所需的串行數(shù)據(jù)通信協(xié)議可以和調(diào)制解調(diào)器、電信設(shè)備或其它設(shè)備進行連接。它支持NationalMicrowire＊，TI同步串行協(xié)議
（SSP）＊和Motorola串行外圍設(shè)備接口（SPI）＊串行協(xié)議。SSP串行數(shù)據(jù)口的數(shù)據(jù)FIFO可以被用戶存取。
　　系統(tǒng)總線接口SBI是SA－1111和SA－1110處理器之間的主要接口�？蛇B接到SA－1110系統(tǒng)存儲器總線上用于在主處理器和SA－1111內(nèi)部功能模塊之間傳遞數(shù)據(jù)。SBI有三種傳輸方式：寄存器讀（READ）和寫（WRITE）、塊數(shù)據(jù)讀和寫、DMA到系統(tǒng)存儲器的數(shù)據(jù)傳輸。
　　共享存儲器控制器SMC是SBI的子單元，它響應(yīng)USB主控制器和AC－Link／I2 S串行音頻口的數(shù)據(jù)傳送請求。SMC可根據(jù)DRAM周期來轉(zhuǎn)換這些數(shù)據(jù)的讀寫周期。最高支持128 M字節(jié)的EDODRAM或SDRAM，其峰值帶寬為192 M字節(jié)／秒。

    4 SA－1110和SA－1111的連結(jié)
    本文介紹了SA－1110和SA－1111的功能、結(jié)構(gòu)和特點，具體使用和詳細技術(shù)指標(biāo)可查閱Intel公司關(guān)于該芯片的技術(shù)手冊，圖4是SA－1110和SA－1111的連接關(guān)系圖。

    參考文獻

    1．IntelTM StrongARM SA－1110 MicroprocessorDeveloper＇s Manual，Oct，2001
    2．IntelTM StrongARM SA－1111 MicroprocessorCompanion Chip Developer＇s Manual，July，2000
    3．Jaggar Dave．ARMArchitecture Reference Manual．Prentice Hall，1996

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