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1、ARM 嵌入式系统 第5章 XScale内核及PXA270处理器简介,5.1 XScale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

2、源管理 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： 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,5.2 PXA270结构,5.2 PXA270特点,PXA270具有以下特点： 高性能 256KB的专用内部高速代

3、码和数据SRAM 高速基带协处理器 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,5.3 PXA270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

4、 JEDEC LP-SDRAM 有6个静态存储器接口 支持384MByte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

5、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： 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,5.5 PXA270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,5.6 PXA270 I/O模块,

6、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 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

7、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、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

8、）,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： 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

9、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

10、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

11、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

12、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, 22.05kHz, 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

13、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/SDIO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

14、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

15、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

16、 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 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

17、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 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。,