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1、ARM 嵌入式系统第5章 XScale内核及PXA270处理器简介,5.1XScale内核简介,Intel XScale支持16位Thumb指令和DSP扩充指令。Intel PXA270微处理器芯片是一款集成了32位Intel XScale 处理器核、多通信信道、LCD控制器、增强型存储控制器和PCMCIA/CF控制器以及通用I/O口的高度集成的应用微处理器。,5.1.1 XScale内核的特点,7级流水线 乘/累加器MAC 存储器管理部件MMU 指令Cache 转移目标缓冲器BTB：数据Cache 填充缓冲区（Fill Buffer）写缓冲区(Write Buffer)性能监视 电源管理 调
2、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：数据Cache的容量从8KB增加到32KB指令Cache的容量从16KB增加到32KB微小数据Cache的容量从512B增加到2KB为了提高指令的执行速度，流水线结构由5级增至7级新增乘/加法器MAC和特定的DSP型协处理器CP0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1200MIPS,5.2PXA270结构,5.2PXA270特点,PXA270具有以下特点：高性能256KB的专用内部高速代码和数据SRAM高速基带协处理
3、器丰富的串行外设支持JTAG调试片内集成跟踪缓冲区，具有硬件监视特性实时时钟操作系统定时器LCD控制器 USIM（通用用户识别卡）接口低功耗高性能的存储器控制：灵活的时钟系统附属外设单元中断控制器,5.3PXA270存储管理单元,MMU内存管理单元(包含指令cache，指令MMU，数据cache，数据MMU)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,支持同步FLASH和SDRAM接口支持4块16位或32位宽度的SDRAM支持1GByte的SDRAM空间支持104MHz的1.8V JEDEC LP-SDRAM有6个静态存储器接口支持384MB
4、yte的FLASH存储器有两个PC卡存储器的接口允许轮流控制系统总线在进入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改频率模式之前，会设置SDRAM控制器为自刷新模式为DMA控制器提供各种控制信号可以配置块0连接16位或32位的非易失性存储器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,5.3.3 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
5、理单元,时钟系统包括5个主要时钟源：13MHz振荡器，产生PLL的参考时钟和串口单元的时钟32.768kHz振荡器，用于低功耗模式外围PLL（312MHz），用于产生外围总线和外围单元的固定频率核心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存储控制器时钟输出，设置存储器控制器时钟频率，让它和系统总线频率相同,5.4.2 电源管理单元,5.5PXA270中断控制器,PXA270有22个中断源。中断控制器只支持单优先级中断,5.6PXA270 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
6、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 GPIO,PXA270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。,5.6.2 专用键盘接口,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。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。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
7、、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UART 全功能UART（FFUART）蓝牙UART（BTUART）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
8、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：一个位编码/解码器串行转并行一个8位64入口的发送FIFO一个11位64入口的接收FIFO,5.7.5 SSP通信控制器,SSPC工作于主机方式，串行数据格式为416位。SSPC具有1616位发送和接收数据FIFO。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。SSPC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,I2C总线
9、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。I2C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。I2C单元支持400Kb/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个功能单元秒表单元实时时钟单元计时器单元周期性中断单元时间修正单元,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：第一部
10、分包含一个计数器和4个定时器第二部分包含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AC97控制器支持以下特性：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；支持多种采样率(48kHz或以下)；可
11、读写访问AC97寄存器；支持一个次要的编解码器；具有3个接收FIFO(32位，16个入口)；具有2个发送FIFO(32位，16个入口)；可选的AC97_SYSCLK输出(用来支持不带晶振的编解码器)；AC97控制器不支持以下特性：双采样率采样(对PCM L,R和C进行n+1采样)；18位和20位宽的采样。,5.9.1 AC97控制器,AC97控制器I/O信息表,5.9.2 I2S控制器,I2S控制器的特性：可以记录和播放64位立体声音频左右声道都是32位宽每个通道都有16位MSB有效数据和16位LSB的补零支持调整MSB模式和普通I2S模式支持采样率包括：48kHz,44.1kHz,22.05
12、kHz,16kHz,11.025kHz 和8kHz。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,5.9.3 多媒体卡控制器,PXA270多媒体卡控制器特征：在MMC、1位SD/SDIO、SPI模式下数据传输速率可达19.5Mbps在4位SD/SDIO模式下数据传输速率可达78Mbps具有一个自响应FIFO具有两个发送FIFO和两个接收FIFO具有两种操作模式：MMC/SD/SDIO模式和SPI模式SD和SDIO通信模式支持1位和4位数据传输控制器可基于FIFO的状态来打开或关闭时钟，来防止溢出和空载支持所有的有效MMC和SD/SDI
13、O协议数据传输模式具有基于中断的应用程序接口，用来控制软件响应在写数据流时，数据不能小于10字节使用MMC通信协议时支持多个MMC卡使用SD或者SDIO通信协议时，只能支持一个SD卡或者SDIO设备使用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,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：支持SONY的记忆棒标准内部有接收和发送FIFO缓冲区内部有CRC校验寄存器传输时钟20MHz数据传输可以使
14、用I/O、中断、DMA方式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,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：使用MSHC指令寄存器发送传输协议指令（TPCs）给记忆棒使用两个独立的接收（RX）和发送（TX）FIFO使用预定义指令也就是自动指令（ACD）来响应记忆棒中断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：支持4位和5位设备
15、连接的串行接口支持ITU-R BT.656-4 SAV和EAV嵌入式同步信号预处理捕捉模式有各种数据格式原始数据捕捉模式：视频快速捕捉接口能够捕捉几乎所有的原始数据支持8位、9位和10位原始像素打包支持打包的和普通的YCbCr 4:2:2 数据格式可编程的垂直和水平分辨率，最高可达2048*2048可编程的摄像头时钟输出，频率从196.777kHz到52MHz具有内外时钟同步的可编程的接口时钟信号具有可编程的FIFO溢出中断、行结束中断和帧结束中断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,5.10.1
16、Mobile Scalable Link接口,PXA270的MSL具有以下关键特征：两个独立、高速、单向连接数据连接通道宽度可以升级048MHz异步时钟连接48MHz时，传输速率可达到192Mbps低功耗：1.8V(+20%/-5%),2.5V,3.0V and 3.3V+10%/-10%14个用于管理多个且同时进行数据流传输的独立逻辑数据通道用于所有数据通道的64字节FIFO循环FIFO可以单独使能和配置支持DMA、中断等操作,5.10.1 Mobile Scalable Link接口,Mobile Scalable Link连接例子,5.10.2 Universal Subscriber
17、ID接口,PXA270的USIM有以下特征：支持所有符合ISO 7816-3和3G TS 31.101标准的USIM卡。支持1.8V和3V。支持USIM卡的复位引脚控制。支持T=0和T=1两种协议。可编程的卡内时钟频率。支持以下时钟比率转化因子F和位率调整因子D的组合T=0接收模式的自错误信号T=0发送模式的字符重发可编程的看守时钟周期可编程的额外看守时钟周期可编程的字符等待周期可编程的等待周期时钟可编程的超时周期可编程的用于错误信号检测的CPU中断可编程的用于智能卡连接的CPU中断,5.10.2 Universal Subscriber ID,USIM卡的引脚描述,5.11 LCD控制器,PXA270处理器内置的LCD控制器支持被动(DSTN)或主动模式(TFT)的显示器，也支持单色或彩色像点模式，支持单屏或双屏显示；被动彩色方式有65536种颜色，显示分辨率可以达到10241024，推荐使用最大值为800600；内置2个专用DMA通道。,
