嵌入式计算平台.ppt

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1、嵌入式计算平台,陈天洲,计算平台,综合平台CPUI/O设备存储器,1、CPU总线,传统计算机：CPU内存总线，I/O总线嵌入式系统：CPU，存储器加上设备,总线,是连接I/O设备、CPU、存储器各子系统间的共享通信线路最大优点：价格低、通用性、灵活性好最大缺点：通信瓶颈（带宽）商用系统：I/O 频繁 科学系统：I/O速度要与处理机速度相匹配,总线类型,传输方向 单向 双向（半双工、全双工）用法 专用：流量高、无争用现象、控制简单；总线数目多，时间利用率低，难小型化。非专用：共享性。造价低、模块性强，易扩充 会出现争用现象、对失效敏感。,非专用总线的多种连接方式：,单总线-可靠性差 简化和统一的

2、接口，多重总线 总线流量与总线长度有矛盾 多组非专用总线 CPU-Memory总线：短、快 I/O总线：长，各设备有不同的数据宽度、延 时、和带宽。使用总线标准。远距离通讯总线（集线器）纵横开关矩阵（每行每列最多只有一个开关接通）,通讯方式 同步通讯：两部件由定宽、定距的时标同步。传输速率高，受总线长度影响小。但有同步误差。提高可靠性的方法：目的部件作回答。异步通讯：单向控制-（源/目的）双向控制-互锁/非互锁,总线标准,ESIA总线：IBM-PC的ISA发展而来，32,33MSCSI总线:来源于数组多路通道PCI总线：IPI总线：,异步总线协议,四周期基本协议1、设备1上升Req2、当设备2

3、就绪，上升ACK3、数据传输完毕时，设备2下降Req4、设备1下降ACK,总线,地址线数据线控制线ReqACKDataRdyRead/WriteEtc.,提高CPU总线利用率,突发传输一次Addr多个数据非连接传输请求与响应分开,DMA,DMA控制器在CPU启动I/O 操作后，直接在设备与存储器间传递数据。传送完毕再向CPU发中断请求。通过周期挪用方式占用总线。,DMA控制器,寄存器起始地址寄存器长度寄存器状态寄存器控制电路控制器基本工作原理,多总线方式,CPU，高速设备：高速总线低速设备：低速总线总线之间：总线桥桥：传输指令协议翻译,ARM的AMBA总线,AMBA总线宽度有32位、64位和1

4、28位多种定义。AMBA的AHB连接高性能和高时钟频率的系统模块，同时具有多主机、脉冲传输和分段处理的功能。,高级高性能总线AHB,AHB的作用是允许在主从器件之间传输数据。AHB主器件可以向从器件传输数据向其提供外部地址空间中的地址以接收从器件的数据AHB从器件在选中后，提供或接收主器件的数据。从器件可以延迟数据传输过程或返回错误代码。AHB主器件的实例为ARM处理器，或其它有DMA(直接存储访问)功能的外设，如以太网MAC或USB主机/器件控制器。,主要的AHB信号,HCLK 总线参考时钟HADDR 地址(由AHB主器件发出)HWRITE 传输方向：读/写(由AHB主器件发出)HREADY

5、 传输完成响应(由AHB从器件发出)HWDATA 写入数据总线(从AHB主器件至AHB从器件)HRDATA 读取数据总线(从AHB从器件至AHB主器件),(AHB)控制信号和状态信号,HRESP 传输状态(由AHB从器件发出)HBURST 脉冲模式(由AHB主器件发出)HTRANS 传输状态(由AHB主器件发出)HSIZE 脉冲长度(由AHB主器件发出)HPROT 保护类型(由AHB主器件发出),AHB外设可能立即发送/接收数据，或通过发出HREADY信号插入等待状态。从器件也通过HRESP信号返回传输状态，这些状态可能如下OKAY(成功)：传输成功成功完成信号传输的缺省响应。ERROR(错误

6、)：不成功的传输表示出现了异常中断，例如访问一个不存在的内存地址。RETRY(重试)：从器件无法立即实现操作，主器件应在稍后重试。SPLIT(等待)：从器件将要求列队等待从器件将在可以提供或接收数据时发出通知，可用于中断多个传输(脉冲)。重试和等待的主要区别在于，重试表明从器件仍未就绪；主器件可在任意时刻重发命令。而等待包含的协议较为复杂，它就绪后将通过这一协议通知判优器。等待处理对从器件逻辑的要求较为复杂，并非必备的从器件功能。,AHB主器件判优信号,HREQ 总线要求(由AHB主器件发出)HGNT 总线指派(由AHB判优器发出)HLOCK 总线锁定(由AHB主器件发出)HMASTER 指定

7、目前工作的主器件(由AHB判优器发出)HMASTLOCK 主器件执行锁定传输(由AHB判优器发出),AHB和AHB-Lite之间的关键差别,不论是主模块还是从模块，后者都可以通过各种互连策略链接，在芯片设计中获得最大带宽,高级外设总线(APB),AMBA的APB用于连接速度较慢的系统模式和带宽较低的外设，将功耗降至最低，并减小接口的复杂性。所有的总线信号都与时钟有关，可以使用时钟频率较低的总线(低于AHB)。AHB主器件不直接与APB外设相连，而是通过APB桥进行通信。如下图,主要的APB信号,PCLK 外部时钟，可以是HCLK的乘积，由APB桥控制PADDR 外设地址PWRITE 外设传输方

8、向(读/写)PSELx 外设选中，与HSEL相似PWDATA 写入数据总线(写入外设)PRDATA 读取数据总线(从外设中读取)PENABLE 外设数据起动,AMBA例子,Excalibur是Altera公司的系列嵌入式处理器可编程逻辑解决方案单个Excalibur器件上包含了单端口RAM和双端口RAM、30万门的标准单元区域、嵌入式处理器IP内核和一百万门的APEX 20KE PLD，片上的晶体管总数达到了8千多万IP包括基于ARM的嵌入式处理器、基于MIPS的嵌入式处理器或其它任何商用嵌入式处理器,总线可以分成三层。最上二层完全包含在带内，而其它两条总线用于在系统的可编程部分集成用户IP。

9、在嵌入式ARM器件内的所有总线的宽度都为32位如图,SHARC总线,两个接口外部存储接口主机接口DMA内存，外存，设备之间传输数据,外存接口,外部数据总线宽度16bit48bitDM总线与IO处理器可以访问整个外部地址空间PM总线24bit外存分为4个区接口信号（略）,主机接口,将SHARC连接到标准微处理器总线上主机将DSP功能移交给SHARC接口信号（略）,SHARC DMA,10个通道外部端口DMA通道，链接端口DMA通道：双向串口DMA：单向每个DMA通道一个中断,2、存储设备,存储器容量带宽,随机存储器RAM,SRAMDRAM,只读存储器ROM,掩模编程ROM现场可编程ROM紫外线可编程ROM快速可编程ROM闪存,3、IO设备,1）定时器与计数器2）A/D和D/A转换器3）键盘4）发光二极管5）显示器6）触摸屏,