ARM單芯片系統(tǒng)功能特征及其嵌入式應用簡介

　一、功能框圖及功能塊描述

　　EP7209是世界上第一片既支持流行的MP3標準,也支持諸如Microsoft Audio等快速涌現(xiàn)的互聯(lián)網(wǎng)音頻壓縮標準的數(shù)字音頻解碼器片上系統(tǒng)。
圖1是EP7209的功能框圖。由圖1可知EP7209含有如下功能塊。
　　基于ARM核的音頻解碼器單芯片系統(tǒng)1
　?。?）ARM720T處理器含有如下功能子塊：
　　① ARM7TDMI CPU核。該CPU核支持Thumb指令集、核調(diào)試、增強的乘法器、JTAG以及嵌入式ICE。它的時鐘速率可編程為18MHz、36MHz、49MHz、74MHz。
　?、?內(nèi)存管理單元（MMU）與ARM710核兼容,并增加了對Windows CE的支持。該內(nèi)存管理單元提供了地址轉(zhuǎn)換和一個有64個項的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器。
　?、?提供了8KB的單一的指令和數(shù)據(jù)高速緩沖存儲器以及一個四路相聯(lián)高速緩沖存儲器控制器。
　　④ 寫緩沖器。
　?。?）38400字節(jié)的片上SRAM,可以在LCD控制器和通用應用之間共享。
　?。?）內(nèi)存可以和高達6個獨立的擴展段接口,每個擴展段有256MB,且等待狀態(tài)可編程。
　　（4）27位的通用I/O,可以多路復用,以在需要時提供額外的功能。
　?。?）數(shù)字音頻接口（DAI）可以直接與CD音質(zhì)的DAC和編解碼器相連。
　　（6）中斷控制器。
　　（7）先進的系統(tǒng)狀態(tài)控制及電源管理。
　　（8）2個16550A兼容的全雙工UART,含16字節(jié)的發(fā)送及接收FIFO。
　　（9）SIR協(xié)議紅外線數(shù)據(jù)編解碼器,速率最高達115.2kbps。
　?。?0）LCD控制器,16級灰度,可編程為1、2或4位每像素。
　?。?1）片上的啟動ROM,已固化了用于串行加載的啟動代碼。
　　（12）2個16位的通用定時計數(shù)器。
　?。?3）1個32位的實時時鐘（RTC）和比較器。
　?。?4）2個同步串行接口,用于諸如ADC等Microwire或SPI外圍器件。一個接口支持主模式和從模式,另一個僅支持主模式。
　?。?5）完全的JTAG邊界掃描和嵌入式ICE支持。
　?。?6）2個可編程的脈沖寬度調(diào)制接口。
　?。?7）1個用于和1或2個Cirrus Logic CL-PS6700 PC卡控制器器件相連的接口,可支持2個PC卡插槽。
　?。?8）振蕩器和鎖相環(huán),用于由外部的3.6864 MHz的晶振產(chǎn)生內(nèi)核所需要的18.432MHz、36.864 MHz、 49.152MHz或73.728MHz的時鐘。此外還有一個外部時鐘輸入端（在13MHz模式下使用）。
　?。?9）一個低功耗的32.768kHz的振蕩器,用于產(chǎn)生實時時鐘所需要的1Hz時鐘。
　　所有的外部存儲器和外圍器件都應連接到32位的數(shù)據(jù)總線D[0:31]上,并應使用28位的地址總線A[0:27]和其它控制信號。
　　二、基本工作原理
　　EP7209的核心邏輯功能是建立在一個ARM720T嵌入式處理器之上的。對EP7209的設(shè)計,以低功耗為目的進行了優(yōu)化,并使用完全靜態(tài)的 0.25μm的CMOS制造工藝。低功耗的思想同樣體現(xiàn)在狀態(tài)設(shè)計、時鐘使用的方式上。下面將有選擇地介紹EP7209的工作原理。
　　1．CPU內(nèi)核
　　ARM720T由一個ARM7TDMI 32位RISC處理器、一個單一的高速緩沖和一個存儲器管理單元（MMU）所構(gòu)成。8KB的高速緩沖有一個四個項的相聯(lián)寄存器,并被組織成512線四字(4×512×4字節(jié))。高速緩沖直接與ATM7TDMI相連,因而高速緩沖來自CPU的虛擬地址。當所需的虛擬地址不在高速緩沖中時,由MMU將虛擬地址轉(zhuǎn)換為物理地址。一個64個項的轉(zhuǎn)換旁路緩沖器(TLB)被用來加速地址轉(zhuǎn)換過程,并減少頁表讀取所需的總線傳送。僅通過轉(zhuǎn)換高速緩沖中未存儲的地址,MMU就能夠節(jié)約功率。
　　2．狀態(tài)控制
　　EP7209支持如下的電源管理狀態(tài)：操作、空閑和后備(節(jié)能),如圖2所示。正常的程序執(zhí)行狀態(tài)為操作狀態(tài)。這是一個完全性能狀態(tài),時鐘和外圍器件都被使能。除了CPU時鐘被暫停外,空閑狀態(tài)與操作狀態(tài)是一樣的。一個中斷或喚醒將使空閑狀態(tài)返回到操作狀態(tài)。后備狀態(tài)下功耗最小,選擇此模式會關(guān)閉主振蕩器,只對實時時鐘和相關(guān)邏輯提供電源。當EP7209處于后備狀態(tài)時,為保證系統(tǒng)能夠正常喚醒,所有電源和地引腳仍然與電源和地相連是非常重要的。后備狀態(tài)唯一能夠變遷到的狀態(tài)是操作狀態(tài)。
　　基于ARM核的音頻解碼器單芯片系統(tǒng)2
　　3.復 位
　　EP7209有三個異步復位信號：nPOR、nPWRFL和nURESET。如它們中的任一個有效,系統(tǒng)復位將由內(nèi)部產(chǎn)生。除了RTC數(shù)據(jù)和匹配寄存器外,所有的EP7209內(nèi)部寄存器都將被復位。為了使系統(tǒng)時間在用戶復位或電源失敗的狀況下得以保持,RTC數(shù)據(jù)和匹配寄存器僅由nPOR引起的復位所清除。
　　任何復位都將復位CPU,并在EP7209返回操作狀態(tài)時使CPU從復位矢量處開始執(zhí)行程序。
　　4. 時 鐘
　　EP7209有兩個時鐘模式：外部時鐘輸入和片上PLL。時鐘源的選取是由端口E的第2腳(PE[2])的一個陷阱選項來實現(xiàn)的。如果PE[2]在nPOR的上升沿處為高(例如上電時),外部時鐘模式被選取;如果PE[2]為低,那么,片上PLL模式被選取。上電以后,PE[2]可用作通用輸入輸出端口。
　　EP7209器件有幾個獨立的邏輯部分,每一個都有自己的時鐘頻率要求。當EP7209處于外部時鐘模式時,外圍器件的真實頻率將不同于PLL模式時的頻率。
　　5. 中斷處理
　　在程序的執(zhí)行期間,當一個不可預測事件 (如中斷或存儲器錯誤) 發(fā)生時,通常要產(chǎn)生一個例外。當這些例外在同一時間發(fā)生時,將由固定優(yōu)先權(quán)服務(wù)體系決定其被處理的次序。表1顯示了所有例外的優(yōu)先權(quán)次序。
　　基于ARM核的音頻解碼器單芯片系統(tǒng)3
　　EP7209中斷控制器有兩個中斷類型：中斷請求(IRQ)和快速中斷請求(FIQ)。中斷控制器有能力控制來自22個不同的FIQ和IRQ中斷源的中斷。這22個之中,有17個被映射為IRQ輸入,而另5個源被映射為FIQ輸入。FIQ較IRQ有較高的優(yōu)先級。如果來自于同一個組(IRQ或FIQ)的兩個中斷被接收到的話,其服務(wù)次序必須由軟件來解決。所有中斷均為電平敏感,也就是說,它們必須與下列的次序一致。
　　（1）中斷器件(內(nèi)部或者外部)產(chǎn)生適當?shù)闹袛唷?BR>　?。?）如果中斷屏蔽寄存器中適當?shù)奈灰驯辉O(shè)置,那么一個FIQ或IRQ將由中斷控制器產(chǎn)生。
　　（3）如中斷被使能的話,處理器將跳轉(zhuǎn)到適當?shù)牡刂贰?BR>　?。?）中斷調(diào)度軟件讀中斷狀態(tài)寄存器,以確定中斷源并調(diào)用相應的中斷服務(wù)例程。
　?。?）中斷服務(wù)例程中的軟件將清除中斷源,這是通過對申請中斷的器件采取一些由該器件特定的行動來實施的(如,讀UART RX寄存器)。
　　然后,中斷服務(wù)例程可以重新使能中斷。任何其它未處理的中斷都將以相同的方法被服務(wù)?；蛘?它可以返回到中斷調(diào)度軟件。此軟件能檢查任何其它的未處理中斷并能相應地調(diào)度它們。"End of Interrupt"類型的中斷將被鎖存。所有其它的中斷源(如外部中斷源)必須保持有效,直到相應的服務(wù)例程開始執(zhí)行為止。