達芬奇數(shù)字媒體片上系統(tǒng)架構(gòu)和Linux啟動

作者：時間：2007-07-17 來源：網(wǎng)絡(luò)

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　　達芬奇( DaVinci)數(shù)字媒體技術(shù)平臺TMS320DM6446/3采用了ARM+DSP雙核的架構(gòu)，本文從芯片的硬件結(jié)構(gòu)入手介紹達芬奇DMSoC硬件部分及Linux OS的啟動過程。

　　達芬奇DMSoC硬件概述

　　如圖1所示，達芬奇數(shù)字媒體片上系統(tǒng)(DMSoC)提供：兩個內(nèi)核(ARM+DSP)；視頻處理子系統(tǒng)(VPSS)；多種 Boot模式(NOR Flash/NAND Flash/UART0 Boot Mode)；兩個電源域；多個時鐘樹；多個引腳獨立或復(fù)用的外設(shè)。

圖1 DM6446功能結(jié)構(gòu)框圖

　　● ARM-DSP集成

　　對于雙核的達芬奇架構(gòu)，大家最關(guān)心的就是兩個核之間的資源分配、通信方式及如何高效地實現(xiàn)資源共享各盡其能。ARM獨享(DSP不可用)的外設(shè)有：UART0/1/2，I2C，看門狗定時器，PWM0/1/2，ARM中斷控制器，USB2.0，ATA/CF，SPI，GPIO，VPSS，EMAC/MDIO，EMIFA CONTROL，VLYNQ，MMC/SD。DSP獨享(ARM不可用)的外設(shè)有：DSP中斷控制器，VICP。ARM和DSP共享的外設(shè)有：EDMA，Timer0/1，Power Sleep Controller，ASP和EMIFA Data。

圖2 ARM-DSP集成結(jié)構(gòu)

　　如圖2所示，可以很清楚地看到ARM可以訪問DSP片內(nèi)存儲器(L2RAM和L1P/D)；DSP可以訪問ARM片內(nèi)存儲器；ARM和DSP共享DDR2和AEMIF。因此，通常情況下ARM只需傳遞需要處理的數(shù)據(jù)地址指針給DSP，而無須大塊的數(shù)據(jù)搬移。ARM和DSP之間的通信可以通過相互中斷實現(xiàn)。ARM可以中斷DSP(通過4個通用中斷和1個不可屏蔽中斷)；DSP可以通過2個通用中斷來中斷ARM。ARM控制DSP的電源、時鐘、復(fù)位和引導(dǎo)。

　　● DMSoC存儲器映射

　　達芬奇DMSoC多個片上存儲器和兩個處理器及不同的子系統(tǒng)相關(guān)。為了簡化軟件開發(fā)，DMSoC中所有的存儲器統(tǒng)一編址，如表1所示。

　● DMSoC交換中心資源

　　以上大家看到DMSoC有非常豐富的外設(shè)和視頻處理硬件資源，而且ARM和DSP又共享DDR2等存儲器資源，那么DMSoC又是如何確保ARM、DSP和VPSS同時訪問外設(shè)或存儲器資源時不會引起沖突呢？DMSoC中的交換中心資源(SCR：Switched Central Resource)會做出管理。如圖3所示，把任何一個發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑捶Q為Master(每一個Master有一個專用的ID)，這個Master要訪問的目的地稱為Slave，這樣在Master和Slave之間就構(gòu)成一條數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐贰膱D3中可以看到，在SCR中可以有很多并行的Master到Slave的數(shù)據(jù)通路。如果是不同的Master、相同的Slave，那么可以通過設(shè)置每一個Master的優(yōu)先級來得到特殊應(yīng)用系統(tǒng)的最佳性能。對于大多數(shù)的Master，可以通過寄存器MSTPRI0和MSTPRI1來設(shè)置它們的優(yōu)先級。如果Master是C64x+、VPSS和EDMA，可以通過它們自己的相關(guān)寄存器控制它們自己的優(yōu)先級，這樣可以更加靈活、快速的實現(xiàn)高的視頻數(shù)據(jù)吞吐帶寬。詳細信息可以參考DM6446的數(shù)據(jù)手冊。

圖3 DMSoC交換中心資源的結(jié)構(gòu)框圖

　　電源域及復(fù)位

　　達芬奇DMSoC有兩個電源域，分別是Always On域和DSP域。Always On域由CVDD ARM核電源供電，給ARM、總線、SCR和除VICP之外的所有外設(shè)提供電源；DSP電源域由CVDDDSP DSP核電源供電，給DSP和VICP提供電源。

　　雙核架構(gòu)的達芬奇DMSoC的功耗也非常有競爭力，這一方面取決于芯片本身的工藝，另一方面也取決于芯片內(nèi)部時鐘和電源的結(jié)構(gòu)。如圖4所示，達芬奇DMSoC有電源休眠控制器(Power Sleep Controller)管理芯片電源的開關(guān)及復(fù)位?？梢杂密浖刂艱SP電源域，控制DSP及其模塊時鐘的開關(guān)和復(fù)位。PSC不支持ARM及其模塊的斷電控制、ARM的本地復(fù)位和ARM的時鐘關(guān)斷控制。同時PSC可以中斷ARM和DSP，支持IcePick仿真(emulation)特性。

圖4 DM6446的電源休眠控制器

　　關(guān)于達芬奇DMSoC的復(fù)位類型、觸發(fā)源及對應(yīng)的復(fù)位對象請參考表2。

　　達芬奇DMSoC初始化流程

　　● 達芬奇DMSoC復(fù)位狀態(tài)

　　DM644x上電復(fù)位后，芯片的絕大部分模塊都處于不工作狀態(tài)。鎖相環(huán)PLL處于旁路(Bypass)模式；DSP子系統(tǒng)的狀態(tài)取決于DSP_BT引腳；UART1和UART2也處于不工作狀態(tài)，UART0的狀態(tài)取決于BTSEL引腳(如果BTSEL=11，UART0工作)；EMIFA處于工作狀態(tài)，其數(shù)據(jù)總線寬度由EM_WIDTH決定，地址總線寬度由AEAW決定；芯片的大部分引腳都被配置為GPIO引腳。引腳復(fù)用通過寄存器PINMUX0和PINMUX1控制。

　　● 達芬奇DMSoC初始化順序

(1)DMSoC復(fù)位。芯片的配置由PSC決定，取決于BTSEL[0-3]、EM_WIDTH、AEWA和DSP_BT的狀態(tài)。

(2)ROM boot loader(如果被選)。NAND或者UART0的初始化。

(3)引導(dǎo)加載(Boot-loading)。以U-boot為例，①使能電源域：DDR2和DSP；②設(shè)置時鐘頻率(ARM、DSP和DDR2時鐘的乘除系數(shù))；③設(shè)置引腳復(fù)用控制器；④設(shè)置ARM引導(dǎo)啟動操作系統(tǒng)。

(4)操作系統(tǒng)啟動。以Linux為例，①初始化ARM；②初始化硬件系統(tǒng)；③初始化Linux環(huán)境。

　　● U-boot初始化順序

　　通常情況下，ARM Linux要求boot loader中有少許的初始化。目前TI的DVEVM使用的是U-boot-1.1.3。U-boot代碼中首先運行的是u-boot/cpu/arm926ejs/start.S，芯片和一些DVEVM板的硬件配置主要在u-boot/board/davinci/platform.S和davinci.c中完成。其中u-boot/board/davinci/platform.S設(shè)置最基本的系統(tǒng)硬件環(huán)境，包括系統(tǒng)PLL及DDR2的初始化、PSC的配置及使能UART0、AEMIF等硬件模塊。有些工程師設(shè)計的達芬奇板可能用到了和DVEVM不同的Flash，那么就要根據(jù)用到的Flash參數(shù)修改u-boot/board/davinci/flash.c。另外，關(guān)于DM644x支持的NAND Flash ID，請參考TMS320DM644x DMSoC的相關(guān)文檔。

　　以NOR Flash boot為例，DVEVM u-boot初始化下列的達芬奇DMSoC內(nèi)容：

(1)關(guān)中斷和MMU。

(2)使能DSP電源域(PTCMD)，把DSP置為復(fù)位狀態(tài)。

(3)初始化PLL，使能DDR2，軟復(fù)位DDR2并且重新使能DDR2，使其脫離復(fù)位狀態(tài)。

(4)初始化系統(tǒng)PLL。

(5)配置AEMIF引腳為NOR Flash接口。

(6)VTP校準。

　　完成以上步驟之后，U-boot準備引導(dǎo)ARM Linux。

(1)配置系統(tǒng)的內(nèi)存(通過ATAG_ MEM塊和mem=)NAND Flash和DDR2。

(2)通過TFTP加載等加載方式，加載內(nèi)核到指定的存儲地址。

(3)如果定義過，加載RAM Disk。

(4)初始化傳遞到內(nèi)核的引導(dǎo)參數(shù)(EMAC地址，串口，控制臺，視頻格式等)