嵌入式系统 第2章 嵌入式平台PXA255

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提纲

Xscale系统结构PXA255处理器结构与特性 Xsbase255开发系统

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Xscale系统结构

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Xscale系统结构---Xscale超级流水线

PXA255拥有7级超级流水线，主要由主流水 线、MAC流水线和内存访问流水线组成。

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Xscale系统结构---Xscale超级流水线

主流水线

F1/F2指令读取 ID指令译码 RF寄存器文件/移位 级 X1执行级 X2执行级 XWB写回级

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Xscale系统结构---Xscale超级流水线

MAC流水线

执行所有的乘/累加指令。它执行40位累加寄存器acc0和 能把指令值转化成普通的ARM 寄存器值。MAC不是真 正的一条流水线，指令的类型和资源决定它所需的周期 数。不会同时两条指令出现在MAC流水线上。当MAC在 处理一条指令的时候其他的指令不允许进出到M1中，除 非原来的指令在下一个周期中处理完成。MAC单元执行 开始于M1,接受2个32位操作数，N个周期后完成并返 回寄存器文件。

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Xscale系统结构---Xscale超级流水线

内存访问流水线

内存流水线有D1、D2和DWB3级构成，独立完 成指令的装载和存储。在执行完X1后开始执行 D1级，计算有效的存/取地址；在D2级数据 cache和小型数据cache返回目的数据；DWB 级进行填入缓冲器和写入缓冲器操作。

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Xscale系统结构---Xscale乘/累加MAC

Xscale为了多媒体的应用，支持SIMD.

比如MIAPH指令，它执行2个16x16位乘法， 然后与40位累加器相加，即2个32位寄存器 可以看作为2对16位寄存器，先高16位相乘 并与累加器进行相加；低16位也相乘后与累 加器相加，这2个结果相加后再送到寄存器文 件中。

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Xscale系统结构---内存管理提供内存访问保护和虚拟地址到物理地址 的转换 支持指令TLB 支持数据TLB (Translation Look-aside Buffer,TLB,转 换搜索缓存)

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Xscale系统结构---指令Cache容量为32K 32路组相联 每路由8个字(32字节)和一位有效位

(思考：有几组?)

循环替换算法

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Xscale系统结构---指令Cache

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Xscale系统结构---数据Cache容量32KB 32路组相联 每路包含32字节和1个有效位,还包含2个 dirty位 ，分别对应低16位字节和高16位 字节 采用循环替换法

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Xscale系统结构---转移目标缓冲器BTBBTB由有128入口的直接映像cache构成 每个入口由TAG分支地址、DATA数据目标地址 和2位历史位组成。

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Xscale系统结构---性能监视提供2个32位的性能计数器，可以分别对2个独 立的事件同时监视。 另外还有1个32位时钟计数器用来联合性能计数 器记录内核时钟数。

当计算突发事件时计数器将监测到一个特定事件的 发生； 当测量持续事件时计数器将记录处理器时钟周期数 当指定条件为真

时事件发生。

所有的这些计数器都有对应的IRQ和FIQ资源。 Xscale的性能监视模块可以通过协处理器CP14 的寄存器0-3进行控制。

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Xscale系统结构---电源管理

Xscale核合并电源管理和时钟管理来控制 时钟和管理电源，它控制每一个运行模式 的时钟频率和管理不同电源管理模式下的 性能与功耗间的优化。

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Xscale系统结构---调试

通讯控制模块

通过JTAG指令来建立目标机和宿主机的握手

硬件断点模块

有指令和数据断点寄存器，由协处理器控制对程序历史记录以实现恢复异常和跳转 代码下载到I-Cache,调试代理程序实现读/写15

跟踪缓冲模块

代码下载模块

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PXA255处理器结构与特性

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PXA255处理器结构与特性PXA255除了采用Xscale内核，还具有以下特点：

内核工作频率：200MHz、300MHz和400MHz 系统存储器接口 时钟和电源控制器 DMA控制器 LCD控制器 系统集成模块 串行通信口 多媒体通信口

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PXA255处理器结构与特性

时钟模块：控制系统每一个模块的时钟频率优 化计算处理和电源管理的功能。有三个寄存器：

核时钟设置寄存器CCCR

L:晶振频率至存储器频率倍因子，可以设置成 27、32、 36、40或45。 M:存储器频率至运行方式频率倍因子，可以设置成1或2。 N:运行方式频率至快速方式频率因子，可以设置成 1.0、 1.5、2.0或3.0。

时钟允许寄存器CKEN 振荡器设置寄存器OSCC

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PXA255处理器结构与特性

电源管理模块

运行模式 快速模式 (CCCR的N) 空闲模式

空闲模式没有改变时钟的产生。应用程序选择PWRMODE 寄存器的M段来选择空闲方式。许多处理器内部单元功能关闭，实时时钟和电源管理模块 继续工作 。通过使用PWRMODE寄存器来进入睡眠模式。 在33MHz空闲模式下其他所有的外设单元都不能使用包括 SDRAM、LCD和DMA控制器。

睡眠模式

33MHz空闲模式

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PXA255处理器结构与特性

GPIO口PXA255可以使用和控制的GPIO管脚有81个。 使用27个寄存器可以配置这些GPIO管脚的方 向(进或出)、管脚功能、管脚的状态(输出)、 管脚的高低电平检测(输入)和选择第二功能。 许多GPIO管脚的第二功能已经被处理器或外 设配置使用。

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PXA255处理器结构与特性

中断控制器

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0ci1.html