BB-Black之PRU-ICSS簡(jiǎn)析

　　什么是PRU-ICSS？

　　Beaglebone Black所使用的TI芯片（XAM3359AZCZ revision 2）包含了一個(gè)主處理器和許多其他的模塊，如下圖：

　　盡管ARM Cortex-A8內(nèi)核的性能十分強(qiáng)大，但是Linux的本質(zhì)決定了對(duì)于高速外部硬件的控制可能會(huì)不太容易實(shí)現(xiàn)。而TI的這款芯片添加了兩個(gè)額外的CPU（稱為PRU-ICSS或PRUSSv2，即可編程實(shí)時(shí)單元和工業(yè)用通信子系統(tǒng)，以后簡(jiǎn)稱PRU），從而使這個(gè)問(wèn)題得到了改善。這意味著這兩個(gè)CPU可以分別運(yùn)行不同的軟件，以便減輕底層協(xié)議在硬件接口和處理上的工作量。

　　這款芯片就好像具有Arduino類(lèi)似功能的處理器，只不過(guò)其額外的兩個(gè)CPU工作頻率要高出許多，達(dá)到200MHz，也就是說(shuō)在許多情況下可以不再需要外部邏輯器件、CPLD或者FPGA。

　　通常來(lái)說(shuō)，針對(duì)一個(gè)以上的處理器進(jìn)行編程是一件麻煩事，而且處理器之前還需要有通信協(xié)議。而TI的這款芯片則極大的簡(jiǎn)化了這種麻煩，原因有兩點(diǎn)，一是用于PRU的代碼可以從主處理器下載，二是為了方便處理器之間通信，芯片集成了共享存儲(chǔ)器。

　　PRU的作用體現(xiàn)在哪兒？

　　對(duì)于低速通信來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)的I2C或者常用的協(xié)議就已經(jīng)足夠應(yīng)付了，因此PRU在這些地方并沒(méi)有用武之地。而對(duì)于高速通信PRU可能會(huì)非常受歡迎，這是因?yàn)镻RU能夠消除由于Linux環(huán)境切換所造成的中斷，從而連續(xù)對(duì)硬件提供服務(wù)，也不會(huì)對(duì)ARM主處理器造成負(fù)擔(dān)。這里有一些常見(jiàn)的并且可行例子；

　　• 連接到高速ADC（例如模擬信號(hào)捕捉）

　　• CCD 或者CMOS攝像機(jī)

　　• LED或者LCD顯示器

　　• 生成模擬視頻信號(hào)（視頻編碼器）

　　• 自定義PWM或者其他自定義協(xié)議或非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

　　• 帶反饋的電機(jī)控制

　　據(jù)我所知，PRU甚至能夠用某個(gè)外部時(shí)鐘來(lái)作為并行數(shù)據(jù)的時(shí)鐘。

　　如何使用PRU？

　　當(dāng)前來(lái)說(shuō)使用PRU即不簡(jiǎn)單也不算困難。主要的難度在于在網(wǎng)上找到完整的實(shí)例。這里提供的內(nèi)容就是從網(wǎng)上收集而來(lái)的。

　　主要步驟如下：

　　1. 在BB-Black上使能PRU系統(tǒng)

　　2. 將PRU匯編程序安裝到BBB上（當(dāng)前用于PRU的代碼是都是用匯編寫(xiě)的，還沒(méi)有人開(kāi)發(fā)出這對(duì)PRU的C編譯器）

　　3. 編寫(xiě)代碼。PRU應(yīng)用程序分為兩部分，而且相互之間能夠通過(guò)存儲(chǔ)器尋址來(lái)進(jìn)行通信，即

　?。╝） 匯編代碼，編譯為.bin機(jī)器指令文件，以便在PRU上運(yùn)行

　?。╞） C語(yǔ)言代碼，運(yùn)行于主處理器上，也就是Linux系統(tǒng)上。這些代碼負(fù)責(zé)將匯編代碼下載到RPU

　　4. 配置Linux設(shè)置樹(shù)，啟用所有引腳用于輸入輸出

　　5. 運(yùn)行程序

　　PRU使用什么樣的匯編代碼？

　　還好寄存器數(shù)量很給力（都是32位），而且指令都是正交的，另外用于操作的位和字節(jié)參考都相當(dāng)令人滿意，所以相對(duì)而言，比起某些常見(jiàn)的匯編語(yǔ)言，例如針對(duì)PIC或其他8位處理器的匯編來(lái)說(shuō)，PRU使用的匯編代碼算是比較容易上手的了。匯編命令數(shù)量并不多，目前為止我只使用了大約45條命令中的一小部分，結(jié)果還不錯(cuò)。（通常本人不愿意為了某個(gè)不太好用的處理器花太多時(shí)間學(xué)習(xí)匯編 – 但RPU完全不同，其指令集貌似很好用的樣子）

　　PRU是否物有所值？

　　我覺(jué)得答案是肯定的，應(yīng)為有了PRU就能夠在高速狀態(tài)下控制硬件（比如50MHz）。每條指令在PRU上只需要5納秒的執(zhí)行時(shí)間（200MHz頻率，每條指令占用一個(gè)周期），并且不存在由于Linux內(nèi)核造成的不規(guī)則延遲。

　　難點(diǎn)在哪兒？

　　難點(diǎn)主要在于和設(shè)備樹(shù)相關(guān)的東西。希望在未來(lái)能夠有所變化或者變得更簡(jiǎn)單。在一個(gè)典型的微控制器上，輸入輸出的設(shè)定是用特定的寄存器完成的，這些寄存器存在于某個(gè)設(shè)備的某一部分存儲(chǔ)映射中。據(jù)我所知，當(dāng)前運(yùn)行在BB-Black上的軟件不允許用戶通過(guò)傳統(tǒng)的C代碼對(duì)這些硬件寄存器進(jìn)行直接的修改操作。當(dāng)前采用的方法叫做“設(shè)備樹(shù)”。它是一個(gè)文本文件，并且被壓縮成為二進(jìn)制文件，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)需要對(duì)其進(jìn)行讀操作。該文件高速系統(tǒng)哪些是用于輸入輸出的引腳。設(shè)備樹(shù)的修改也適用于使能RPU系統(tǒng)。

　　有人曾經(jīng)通過(guò)設(shè)備樹(shù)關(guān)閉了BB-Black上默認(rèn)閃爍的LED燈。設(shè)備樹(shù)文件位于BB-Black的/boot目錄下，是一個(gè)二進(jìn)制文件，其內(nèi)容自然無(wú)法看懂（如下圖），通常文件名為.dtb或者.dtbo。