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1、嵌入式计算平台,陈天洲,计算平台,综合平台 CPU I/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：,
2、单总线-可靠性差 简化和统一的接口， 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, 33M SCSI总线: 来源于数组多路通道 PCI总线： I
3、PI总线：,异步总线协议,四周期基本协议 1、设备1上升Req 2、当设备2就绪，上升ACK 3、数据传输完毕时，设备2下降Req 4、设备1下降ACK,总线,地址线 数据线 控制线 Req ACK DataRdy Read/Write Etc.,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
4、 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128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
5、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 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
6、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)：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
7、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
8、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
9、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。 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16bit48bit DM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,SRAM DRAM,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,