SoC前段(ARM)嵌入式体系开辟实作训练(上)

商品分类

人气排行榜

分享到：百度搜藏搜狐微博新浪微博腾讯微博 QQ收藏人人网 Facebook Twitter

SoC前段(ARM)嵌入式体系开辟实作训练(上)

发布日期：2011-04-17

一个嵌入式体系的内核在于CPU，当CPU选定后，其他的题目就可渐渐就绪。SoC嵌入式体系的实现可把它分为：一应用型SoC嵌入式体系、开辟型SoC嵌入式体系二种型态，这二种型态的软硬件开辟有着不小的差别，但起首遇到的都是CPU的选定。这里笔者会针对它们的异同处做阐明，再来形貌ARM CPU、指令、体系办理、开辟实作训练平台(PreSoCes)、Linux与进程等，以创建SoC嵌入式体系的团体表面见解，并在实作中作育、训练出开辟技能与创新本领。

应用型SoC嵌入式体系是指在一个现成的SoC元件上参加软件(或OS)，使成一体系；而开辟型SoC嵌入式体系是指SoC元件还在建构中，它会选择仅实用的IP包入并做底层软件测试，以方便将来创建OS，而达成最有竞争力的组合。应用型SoC嵌入式体系所要面对的题目有：选用Turn-key(雏型半成品)方案或本身建构方案、CPU选择、OS选择，以及开辟东西、ICE、Debugger、Compiler等的选择，每一种都相相互关，因此要站在体系产品开辟的角度来考量。

倘若是选用Turn-key方案，那只要修改部分本身想要的软件即可，这种产品多数属于大量生产又具市场快速反响的特质。软件是体系产品成果的显现，体系多数会挂上一OS，因ARM CPU的计划便是为了放上OS而计划的，因CPU有好几种实行模式以方便task switch用。软件可分为BIOS、Kernel、Device driver、Application S/W等。

在Linux OS上就有Debug的成果，方便软件除错，对付Application软件来说是方便的，但碰上BIOS与Device driver就不敷以应付了，就像早期产品开辟一样，烧入进程再想想错在那边，多么没有服从，因此要是有ICE与Debugger东西，那就更有服从了。

至于开辟型SoC嵌入式体系多数是SoC IC计划公司的开辟型态，SoC的内含是由市场需求而定位出，一个个IP元件再渐渐加上去，并验证之。但题目在于，纯软件的验证着实很难完全到达Co-design的100%验证，在没有更美满的办理之前，其他的方法就因应而生。也由于FPGA技能快速的进步，就把它拿来当成新参加IP成果验证的硬件元件，不但云云，更方便软硬件整合Co-design的前段成果验证，IP的开辟就多了一层保障。

在软件方面，BIOS、Device driver就牢牢地连接着硬件。在这时，当整个OS未创建起来时，就必要ICE与Debugger来资助CPU驱动进程的除错，以验证进程实行对各IP元件驱动正常否。SoC IP的计划是另一门大学问，就不在此形貌。在颠末开端成果验证后，SoC IC就渐渐成型，方便日后产出后再加上OS。

在以上二种型态的SoC嵌入式体系中，它的重点不过乎是ARM CPU、OS、ICE和Debugger、FPGA、SoC。固然不肯定要用ARM CPU，也可采用MIPS或其他的，只是如今环球CPU IP市场占有率，还是非他莫属。以下笔者就针对这些重点做形貌并在实作训练平台(PreSOCes)上显现各重点技能的开辟与训练步调。起首就针对PreSoCes作一大略形貌，以方便各重点技能在实作阐明时衔接起来。

PreSoCes
PreSoCes的实作成果有哪些？它是专门针对SoC嵌入式体系开辟、训练而计划的平台，它是一个ICE(Pocket ARM ICE或Carrier ARM ICE)、Domingo Debugger、Creator组合而成。体系上特点：一、在WINDOWS环境就能操纵Linux 体系，不需另灌一台Linux PC，也便是一台PC就能开辟Embedded Linux。二、具有Linux OS Debugging的Debugger。

Creator它的特点很多，但重要有(1).在Creator上，可调换CPU模块，如用差别的ARM CPU，或具ARM Core的FPGA模块，其他的MIPS CPU也是思量之一。(2).在Creator上，可调换性的周边IP FPGA模块，如：Create Ph-FPGA-XC2S。(3).电流量测，可对CPU、Memory、LCD、Compact Flash、CMOS Sensor、USB、Ethernet等作量测。其他成果特点如下：

CPU：
˙ARM7TDMI S3C4510(Factory out standard)

CPU模块调换：(另选)
˙Create-ARM922T板(另选)、Altera EPXA1 100K Gates
˙ARM9 TDMI S3C2410 CPU板(另选)
˙其他CPU板(另选)
˙其他大容量FPGA 板(另选)

影象体(Memory)：
˙2MB Bytes Flash ROM
˙16M Bytes SDRAM support byte, half-word, word size
˙Access Compact flash card(compact flash card optional)
˙SDRAM Memory Expansion connector

通讯传输(Communication)：
˙RS232C port for Debug Console
˙RS232 port for Application
˙RJ-45 10/100 Base-T Ethernet interface
˙USB 1.1 interface

人机界面(Human-Machine Interface)：
˙Codec function with Speaker, Microphone circuit
˙CMOS Camera Module
˙4×4 Keypad
˙LED Lamp X 8;７-Seg LED X 4；8 Pin DIP Switch
˙Graphic LCD Display by 4 Level

体系增援(Board System)：
˙1*system reset switch
˙1*JTAG connector
˙Real time clock by I2C interface
˙EEPROM 128×8 Bit
˙Clock changeable for CPU
˙可针对CPU、Memory、LCD、Compact Flash、CMOS sensor、Codec、USB、UART、EtherNet、etc作电流量测

周边IP FPGA模块调换：(另选)
˙Create Ph-FPGA-XC2S板(另选)
˙其他FPGA或CPCD模块(另选)

作业体系(Operating System)：
˙Running uClinux
˙Others

ARM CPU
在开端相识PreSoCes成果后，就来看看嵌入式体系的内核ARM CPU，在这里以ARM Core S3C4510元件为阐明。为何要学ARM CPU呢？因嵌入式体系是软、硬件的整合，它有BISO、Device driver，能不相识CPU吗？又加上如将来要走入SoC IP计划，那又更不克不及不相识它，以是笔者仅取重点阐明。

■ARM7TDMI内核的重要构成
〈1〉.寄存器组(register bank)：ARM7TDMI利用寄存器组来保存微处理惩罚器内部种种操纵模式的运算域及CPU状态。寄存器组中的全部寄存器至少具有两个读取埠(read port)与一个写入埠(write port)以供存取寄存器之用，较为特别是R15，有三个读取埠与两个写入埠。
〈2〉.桶型位移寄存器(barrel shifter)：ARM7TDMI利用barrel shifter来实行位元位移或旋转，这是一样平常DSP常用的成果之一。
〈3〉.算术逻辑运算单位(ALU)：ARM7TDMI利用ALU来实行算术与逻辑运算。
〈4〉.地址寄存器(address register)与累增器(incrementer)：ARM7TDMI利用地址寄存器与累增器来选择并维持影象体定址成果，以孕育产生连续或非连续的影象体地址。
〈5〉.数据寄存器(data register)：ARM7TDMI利用数据寄存器来生存数据以与影象体相相互同。
〈6〉.指令解码器(instruction decoder)：ARM7TDMI利用指令解码器以孕育产生与指令相映射的控制信号。
　

图1 ARM core
　

■Pipeline布局
1.完备指令实行的管线作业
　

2.三层管线作业流程
　

在这环境下可知一个Cycle实行一个指令。

■CPU数据实行图
　

图2 CPU数据实行
　

CPU数据实行图阐明

本文利用一大略的加法运算再搭配二个寄存器(Rm及Rn)来阐明：
1.分别将(Rn及Rm)送到A BUS及B BUS。
2.在B BUS的Rm透过Barrel Shifter作位移运算后，结果与在A BUS的Rn在ALU整相助运算举措。
3.末了运算结果会由ALU BUS送回寄存器Rd做保存。
4.进程计数器结果则透过Address incrementer作更新再将值写回进程计数器。
5.此时Address BUS更新数据地址，举行下一步的下令撷取的举措；影象体即会把指令送到Data BUS做进一步的指令解码及实行的准备。

■进程模式(Programmer Mode)
寄存器
ARM Mode寄存器共有37个，分别有31个32bit一样平常寄存器及6个状态寄存器，而于差别操纵模式下分有差别的寄存器可供利用。
　

表1 ARM Mode寄存器
　

THUMB Mode寄存器是一个ARM状态寄存器的子聚集，分别有21个32bit一样平常寄存器及6个状态寄存器，利用者可直接利用R0-R7和PC，stack pointer register(SP)，link register(LR)、CPSR及SPSR。
　

在二种State的寄存器组中，有共用寄存器，也有各别寄存器，这就方便OS 的task switch 之进程参数转换用。

■忆体格局
ARM7TDMI对付影象体内数据的存取以byte为单位，并由0开始线性向上存取的方法举行。也便是byte0~byte3会开始被存取为一个word(在ARM里，一个word便是32位元；也便是4个byte)，接下来是byte4~byte7被存取...依此类推下去。而如许保存在影象体中的一个word之4个byte，哪个会置于最高位置？哪个又会置于最低位置呢？这时，ARM则提供了两种格局供计划者来利用---Big Endian和Little Endian。

在Big Endian格局中，一个word里的最大有效字节会保存到最低的字节里，而最小有效字节会保存到最高的字节里。
　