第5章XScale内核及PXA270

1、ARM 嵌入式系统嵌入式系统第第5章章 XScale内核及内核及PXA270处理器简介处理器简介5.1 XScale内核简介 Intel XScale支持支持16位位Thumb指令和指令和DSP扩充指令。扩充指令。Intel PXA270微处理器芯片是一款集成了微处理器芯片是一款集成了32位位Intel XScale 处理器核、处理器核、多通信信道、多通信信道、LCD控制器、增强型存储控制器和控制器、增强型存储控制器和PCMCIA/CF控制器控制器以及通用以及通用I/O口的高度集成的应用微处理器。口的高度集成的应用微处理器。 5.1.1 XScale内核的特点 u 7级流水线级流水线u 乘乘/

2、累加器累加器MACu 存储器管理部件存储器管理部件MMUu 指令指令Cacheu 转移目标缓冲器转移目标缓冲器BTB：u 数据数据Cacheu 填充缓冲区（填充缓冲区（Fill Buffer） u 写缓冲区写缓冲区(Write Buffer)u 性能监视性能监视u 电源管理电源管理u 调试调试5.1.2 XScale与StrongARM的区别 XScale处理器的处理速度是StrongARM处理速度的两倍，其内部变化包括：u数据Cache的容量从8KB增加到32KBu指令Cache的容量从16KB增加到32KBu微小数据Cache的容量从512B增加到2KBu为了提高指令的执行速度，流水线结构

3、由5级增至7级u新增乘/加法器MAC和特定的DSP型协处理器CP0u动态电源管理，使XScale处理器的时钟最高可达1GHz、功率1.6W，并能达到1200MIPS5.2 PXA270结构 5.2 PXA270特点PXA270具有以下特点具有以下特点：u高性能高性能u256KB的专用内部高速代码和数据的专用内部高速代码和数据SRAMu高速基带协处理器高速基带协处理器u丰富的串行外设丰富的串行外设u支持支持JTAG调试调试u片内集成跟踪缓冲区，具有硬件监视特性片内集成跟踪缓冲区，具有硬件监视特性u实时时钟实时时钟u操作系统定时器操作系统定时器uLCD控制器控制器 uUSIM（通用用户识别卡）接口

4、（通用用户识别卡）接口u低功耗低功耗u高性能的存储器控制：高性能的存储器控制：u灵活的时钟灵活的时钟u系统附属外设单元系统附属外设单元u中断控制器中断控制器5.3 PXA270存储管理单元uMMU内存管理单元(包含指令cache，指令MMU，数据cache，数据MMU) u系统存储控制单元 5.3.1 PXA270存储系统结构 5.3.2 PXA270存储控制器特征 u支持同步支持同步FLASH和和SDRAM接口接口u支持支持4块块16位或位或32位宽度的位宽度的SDRAMu支持支持1GByte的的SDRAM空间空间u支持支持104MHz的的1.8V JEDEC LP-SDRAMu有有6个静态

5、存储器接口个静态存储器接口u支持支持384MByte的的FLASH存储器存储器u有两个有两个PC卡存储器的接口卡存储器的接口u允许轮流控制系统总线允许轮流控制系统总线u在进入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改频率模式之前，在进入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改频率模式之前，会设置会设置SDRAM控制器为自刷新模式控制器为自刷新模式u为为DMA控制器提供各种控制信号控制器提供各种控制信号u可以配置块可以配置块0连接连接16位或位或32位的非易失性存储器位的非易失性存储器u提供一个可编程省电模式提供一个可编程省电模式5.3.2 PXA270存储控制器特征 SDRAM存储空间映射框图5.3

6、.3 DMA控制器 DMA结构框图5.4 PXA270时钟及电源管理单元 PXA270的时钟及电源管理单元负责执行处理器的复位、时钟、能量管理以及控制外部能耗管理芯片，来达到对处理器功耗或者执行某些单独操作的能耗优化。5.4.1 时钟管理单元 5.4.1 时钟管理单元 时钟系统包括5个主要时钟源：u13MHz振荡器，产生PLL的参考时钟和串口单元的时钟u32.768kHz振荡器，用于低功耗模式u外围PLL（312MHz），用于产生外围总线和外围单元的固定频率u核心PLL（26624MHz），用于产生内核、LCD控制器、内存控制器、系统总线的可编程时钟频率u存储控制器时钟输出，设置存储器控制器时

7、钟频率，让它和系统总线频率相同5.4.2 电源管理单元 5.5 PXA270中断控制器PXA270有有22个中断源。中断控制器只支持单优先级中断个中断源。中断控制器只支持单优先级中断 5.6 PXA270 I/O模块 PXA270可以使用和控制的通用I/O（以下统称GPIO）管脚有119个，使用27个寄存器可以配置这些GPIO管脚的方向（输入或输出）、功能、状态（输出）、管脚的高低电平检测（输入）和选择其他功能。5.6.1 GPIOPXA270的GPIO管脚可以用来生成和捕捉外设的输出或输入信号，每一个管脚可以通过编程设置成输入和输出。GPIO被作为特殊功能使用时，不能同时当作普通I/O口使用

8、。 5.6.2 专用键盘接口u专用键盘接口提供两种功能模块：矩阵键盘和直连键盘。矩阵键盘支持8输入和8输出，而直连键盘模块只支持8个输入。u矩阵键盘支持64个按键，手动和自动扫描方式。矩阵键盘接口和直连键盘接口都能产生中断请求。u直连键盘支持8个按键和两个旋转编码器。组合方式：8个按键、6个按键和1个旋转编码器、4个按键和2个旋转编码器。5.7.1 USB主控制器一个USB系统主要由4部分组成：客户端软件和USB主控制器驱动两个软件部分、主控制器和设备控制器两个硬件部分。 5.7.2 USB设备控制器 USB设备控制器支持24个端点。USB控制器兼容USB1.1 协议，全速设备可半双工地工作在

9、12Mbps的波特率下。 USB通信协议层次框图如下所示：5.7.3 UART控制器PXA270处理器有3个UARTu 全功能UART（FFUART）u 蓝牙UART（BTUART）u 标准UART（STUART）5.7.4 快速红外接口 快速红外接口工作在半双工方式，适用于LED无线收发收器。快速红外接口是基于4Mbps IrDA标准，使用4-PPM和一个指定串行数据包协议开发IrDA传输。为了支持这些标准，快速红外接口有以下功能：u一个位编码/解码器u串行转并行u一个8位64入口的发送FIFOu一个11位64入口的接收FIFO5.7.5 SSP通信控制器 uSSPC工作于主机方式，串行数据

10、格式为416位。SSPC具有1616位发送和接收数据FIFO。u发送的数据由CPU或DMA写入SSPC的发送FIFO，SSPC从FIFO中取出数据，转换为串行数据方式，从SSPTXD脚发送至外设。uSSPC使用串行数据格式来发送和接收数据。每一个数据帧可设置为416位，先发送最高位。5.7.6 I2C总线控制器uI2C总线是一种采用双线方式的串行总线。PXA270的I2C总线单元可用作主或从模式。I2C总线使用SDA线和SCL线与其他器件之间传送信息。uI2C单元包括I2C总线的双线接口、1个主/从传送数据的8位缓冲器、1套控制和状态寄存器以及1个并行/串行转换移位寄存器。uI2C单元支持40

11、0Kb/s高速方式操作和100Kb/s的标准方式。5.8.1 实时时钟单元（RTC）PXA270的实时时钟包含5个功能单元u秒表单元u实时时钟单元u计时器单元u周期性中断单元u时间修正单元5.8.1 实时时钟单元（RTC）RTC结构图5.8.2 OS定时器单元 OS （Operating System）定时器单元分两部分：u第一部分包含一个计数器和4个定时器u第二部分包含8个计数器和8个定时器5.8.2 OS定时器单元 OS定时器单元结构图 5.8.3 PWM控制器PXA270处理器包含4路脉冲宽度调制（PWM）控制器。每一路均由各自的寄存器控制，在外部引脚提供一个脉冲宽度调制信号。5.9 多

12、媒体控制单元PXA270处理器提供了功能齐全的多媒体控制单元，包括音频、视频、多媒体信息存储等控制器，为该处理器在多媒体领域的应用提供了丰富的接口。5.9.1 AC97控制器 PXA270处理器的处理器的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位的硬件采样。软件可支持16位以下的采样；u支持多种采样率(48kHz或以下)；u可读写访问AC97寄存器；u支持一个次要的编解码器；u具有3个接收FIFO(32位，16个入口)；u具有2个发送FIFO(32位，16个入口)；u可选的AC97_SYSCLK输出(用来支持不带晶振的编解码器)；uAC97控制器不支持以下特性：u

13、双采样率采样(对PCM L,R和C进行n+1采样)；u18位和20位宽的采样。5.9.1 AC97控制器AC97控制器I/O信息表引脚名称类型用途AC97_RESET_n输出编解码器复位信号（低有效）。复位时编解码器寄存器也被复位。AC97_BITCLK输入12.288MHz比特率时钟AC97_SYNC输出48kHz帧标记和同步信号AC97_SDATA_OUT输出串行音频数据输出到编解码器进行数模转换AC97_SDATA_IN_0输入从主要的编解码器输入串行的音频数据AC97_SDATA_IN_1输入从次要的编解码器输入串行的音频数据AC97_SYSCLK输出可选的24.576MHz时钟输出5

14、.9.2 I2S控制器 I2S控制器的特性：u可以记录和播放64位立体声音频u左右声道都是32位宽u每个通道都有16位MSB有效数据和16位LSB的补零u支持调整MSB模式和普通I2S模式u支持采样率包括：48kHz, 44.1kHz, 22.05kHz, 16kHz, 11.025kHz 和8kHz。u可将比特率时钟（I2S_BITCLK）配置为输入或输出。5.9.2 I2S控制器I2S控制器引脚列表 引脚名称类型用途I2S_SYSCLK输出系统时钟 = I2S_BITCLK*4，仅供编解码器使用I2S_BITCLK双向比特率时钟 = I2S_SYNC * 64I2S_SYNC输出左右声道识

15、别I2S_SDATA_OUT输出串行输出到编解码器I2S_SDATA_IN输入从编解码器串行输入5.9.3 多媒体卡控制器 PXA270多媒体卡控制器特征：多媒体卡控制器特征：u在MMC、1位SD/SDIO、SPI模式下数据传输速率可达19.5Mbpsu在4位SD/SDIO模式下数据传输速率可达78Mbpsu具有一个自响应FIFOu具有两个发送FIFO和两个接收FIFOu具有两种操作模式：MMC/SD/SDIO模式和SPI模式uSD和SDIO通信模式支持1位和4位数据传输u控制器可基于FIFO的状态来打开或关闭时钟，来防止溢出和空载u支持所有的有效MMC和SD/SDIO协议数据传输模式u具有基

16、于中断的应用程序接口，用来控制软件响应u在写数据流时，数据不能小于10字节u使用MMC通信协议时支持多个MMC卡u使用SD或者SDIO通信协议时，只能支持一个SD卡或者SDIO设备u使用SPI通信协议时，最多支持两个MMC或者SD/SDIO卡5.9.3 多媒体卡控制器多媒体卡控制器的引脚信号 引脚MMC和SD/SDIO模式的方向SPI模式的方向用途MMCLK输出输出MMC和SD/SDIO总线时钟MMCMD双向输出MMC和SD/SDIO模式下：发送和返回命令包；SPI模式下：输出命令和写数据MMDAT双向输入MMC和SD/SDIO模式下：读写数据；SPI模式下：读入命令和数据MMDAT双向输入M

17、MC和SD/SDIO模式下：4位SD/SDIO数据传输和SDIO中断；SPI模式下：SDIO中断MMDAT/MMCCS双向输出SD/SDIO模式下：4位数据传输；SPI模式下：CS0片选MMDAT/MMCCS双向输出SD/SDIO模式下：4位数据传输；SPI模式下：CS1片选5.9.3 多媒体卡控制器控制器和MMC卡的连接图 控制器和SD/SDIO卡的连接图 5.9.4 Memory Stick Host控制器 PXA270的记忆棒主机控制器特征：的记忆棒主机控制器特征：u支持SONY的记忆棒标准u内部有接收和发送FIFO缓冲区u内部有CRC校验寄存器u传输时钟20MHzu数据传输可以使用I/

18、O、中断、DMA方式u支持发生记忆棒中断时，能够自动执行指令5.9.4 Memory Stick Host控制器 Memory Stick Host控制器I/O信号表 名称类型用途MSBS输出串行议总线状态MSSDIO双向串行数据信号NMSINS输入记忆棒插拔检测MSSCLK输出串行时钟信号5.9.4 Memory Stick Host控制器Memory Stck连接图 Memory Stick Host控制器和记忆棒使用32位的应用程序接口，可以完成下列功能：u 使用MSHC指令寄存器发送传输协议指令（TPCs）给记忆棒u 使用两个独立的接收（RX）和发送（TX）FIFOu 使用预定义指令也

19、就是自动指令（ACD）来响应记忆棒中断u 将记忆棒置于低功耗模式5.9.5 视频快速捕捉接口 快速捕捉接口特点：快速捕捉接口特点：u支持4位和5位设备连接的串行接口u支持ITU-R BT.656-4 SAV和EAV嵌入式同步信号u预处理捕捉模式有各种数据格式u原始数据捕捉模式：视频快速捕捉接口能够捕捉几乎所有的原始数据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 数据格式u可编程的垂直和水平分辨率，最高可达2048*2048u可编程的摄像头时钟输出，频率从196.777kHz到52MHzu具有内外时钟同步的可编程的接口时钟信号u具有可编程的FIFO溢出中断、行

20、结束中断和帧结束中断u具有可编程的帧采集率，允许用户采集所有的帧，或者每2到8帧采集一帧 5.9.5 视频快速捕捉接口 视频快速捕捉接口的I/O信号描述表 引脚名称类型定义CIF_DD输入数据线：每个像素时钟周期传输4，5，8，9或10位数据CIF_MCLK输出时钟：用于摄像头的可编程的时钟输出CIF_PCLK输入像素时钟：将像素数据放入输入FIFO中。不可大于CICLK的 1/4。当CICLK为104MHz时，CIF_PCLK最大能取26MHzCIF_LV输入/输出行起始，或可变同步信号CIF_FV输入/输出帧起始，或可变同步信号5.10.1 Mobile Scalable Link接口 PXA270的的MSL具有以下关键特征：具有以下关键特征：u两个独立、高速、单向连接u数据连接通道宽度可以升级u048MHz异步时钟连接u48MHz时，传输速率可达到192Mbpsu低功耗：1.8V(+20%/-5%),2.5V,3.0V and 3.3V +