ADI Blackfin?處理器架構(gòu)概述

Blackfin®處理器是一類(lèi)專(zhuān)為滿足當(dāng)今嵌入式音頻、視頻和通信應(yīng)用的計(jì)算要求和功耗約束條件而設(shè)計(jì)的新型 16～32 位嵌入式處理器。Blackfin 處理器基于由ADI和Intel公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)的微信號(hào)架構(gòu)（MSA），它將一個(gè) 32 位 RISC 型指令集和雙 16 位乘法累加（MAC）信號(hào)處理功能與通用型微控制器所具有的易用性組合在了一起。 這種處理特征的組合使得 Blackfin 處理器能夠在信號(hào)處理和控制處理應(yīng)用中均發(fā)揮上佳的作用 —— 在許多場(chǎng)合中免除了增設(shè)單獨(dú)的異類(lèi)處理器的需要。該能力極大地簡(jiǎn)化了硬件和軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)任務(wù)。
目前，Blackfin 處理器在單內(nèi)核產(chǎn)品中可提供高達(dá) 756MHz 的性能。Blackfin 處理器系列中的新型對(duì)稱(chēng)多處理器成員在相同的頻率條件下實(shí)現(xiàn)了性能的翻番。Blackfin 處理器系列還提供了低至 0.8V 的業(yè)界領(lǐng)先功耗性能。對(duì)于滿足當(dāng)今及未來(lái)的信號(hào)處理應(yīng)用（包括寬帶無(wú)線、具有音頻/視頻功能的因特網(wǎng)工具和移動(dòng)通信）而言，這種高性能與低功耗的組合是必不可少的。


所有的 Blackfin 處理器都為系統(tǒng)設(shè)計(jì)師提供了十分重要的好處，包括：


可實(shí)現(xiàn)各種新型市場(chǎng)和應(yīng)用的高性能信號(hào)處理和高效控制處理能力

可令系統(tǒng)設(shè)計(jì)師使器件功耗模式與終端系統(tǒng)要求相適應(yīng)的動(dòng)態(tài)電源管理（DPM）能力，以及
可確保產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間最小化的易用型混合 16/32 位指令集架構(gòu)和開(kāi)發(fā)工具套件。


高性能處理器內(nèi)核

Blackfin 處理器架構(gòu)基于一個(gè) 10 級(jí) RISC MCU/DSP 流水線和一個(gè)專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)最佳代碼密度而設(shè)計(jì)的混合 16/32 位指令集架構(gòu)。Blackfin 處理器架構(gòu)還完全符合 SIMD 標(biāo)準(zhǔn)，并包括用于加速視頻和圖像處理的指令。該架構(gòu)很適合于全信號(hào)處理/分析能力，同時(shí)還可在單內(nèi)核 器件或雙內(nèi)核器件上提供高效 RISC MCU 控制任務(wù)執(zhí)行能力。 由于具有最佳代碼密度且只需進(jìn)行極少（或者完全不需要進(jìn)行）代碼優(yōu)化處理，因此可縮短產(chǎn)品的面市時(shí)間，而不會(huì)遇到其他傳統(tǒng)處理器所常見(jiàn)的性能空間障礙。


高帶寬 DMA 能力

所有的 Blackfin 處理器均具有多個(gè)獨(dú)立的 DMA 控制器，這些控制器支持自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，而所需的處理器內(nèi)核開(kāi)銷(xiāo)極少。 DMA 傳輸可出現(xiàn)于內(nèi)部存儲(chǔ)器和諸多具有 DMA 功能的外設(shè)之間。傳輸也有可能出現(xiàn)于外設(shè)和與外部存儲(chǔ)器接口相連的外部器件（包括 SDRAM 控制器和異步存儲(chǔ)器控 制器）之間。

視頻指令

除了具有對(duì) 8 位數(shù)據(jù)以及許多像素處理算法所常用的字長(zhǎng)的固有支持之外，Blackfin 處理器架構(gòu)還包括專(zhuān)為增強(qiáng)視頻處理應(yīng)用中的性能而定義的指令。比如，離散余弦變換（DCT）通過(guò)一個(gè) IEEE1180 舍入操作得到支持，而“SUM ABSOLUTE DIFFERENCE”指令則支持在諸如 MPEG2、MPEG4 和 JPEG 等視頻壓縮算法中所使用的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。
利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻壓縮算法使得 OEM 制造商能夠在不變更硬件的情況下適應(yīng)不斷發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)和新型功能要求。增強(qiáng)型指令可使 Blackfin 處理器在那些先前 主要是由 ASIC、VLIW 媒體處理器或硬連線芯片組來(lái)滿足的應(yīng)用中一試身手。歸根結(jié)底，Blackfin 處理器將在幫助降低總系統(tǒng)成本的同時(shí)使終端應(yīng)用的產(chǎn)品上市時(shí) 間得以縮短。

高效控制處理

Blackfin 處理器架構(gòu)還提供了各種在 RISC 控制處理器中最為常見(jiàn)的好處。這些特點(diǎn)包括：一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的分層存儲(chǔ)器架構(gòu)、出眾的代碼密度以及各種各樣的微控制器型外設(shè)（包括 10/100 以太網(wǎng) MAC、UARTS、SPI、CAN 控制器、支持 PWM 的定時(shí)器、看門(mén)狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘和一個(gè)無(wú)縫同步和異步存儲(chǔ)器控制器）。所有這些特點(diǎn)為設(shè)計(jì)師提供了巨大的設(shè)計(jì)靈活性，并最大限度地降低了終端系統(tǒng)成本。

分層存儲(chǔ)器

Blackfin 處理器存儲(chǔ)器架構(gòu)在器件實(shí)現(xiàn)中提供了 Level 1（L1）和 Level 2（L2）存儲(chǔ)模塊。L1 存儲(chǔ)器直接與處理器內(nèi) 核相連、以全系統(tǒng)時(shí)鐘頻率運(yùn)行并為實(shí)時(shí)算法程序段提供了最大的系統(tǒng)性能。L2 存儲(chǔ)器是一種較大的大容量存儲(chǔ)模塊，其性能雖略有下降，但運(yùn)行速度仍然高于片外存 儲(chǔ)器。
L1存儲(chǔ)器架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)旨在提供信號(hào)處理所需的性能以及通用型微控制器所擁有的編程簡(jiǎn)易性。這是通過(guò)允許將 L1 存儲(chǔ)器配置為 SRAM、高速緩沖存儲(chǔ)器或兩者 之組合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)支持 SRAM 和高速緩沖存儲(chǔ)器編程模型，系統(tǒng)設(shè)計(jì)師便能夠把要求高帶寬和低延遲的關(guān)鍵實(shí)時(shí)信號(hào)處理數(shù)據(jù)組分配至 SRAM 中，而將更多的“軟” 實(shí)時(shí)控制/OS 任務(wù)存儲(chǔ)于高速緩沖存儲(chǔ)器。

存儲(chǔ)器管理單元（MMU）規(guī)定了一種存儲(chǔ)器保護(hù)格式，當(dāng)其與內(nèi)核的用戶及監(jiān)控模式相組合時(shí)，就能夠支持一個(gè)全實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。該 RTOS 運(yùn)行于監(jiān)控模式中， 并對(duì) 存儲(chǔ)模塊及其他系統(tǒng)資源進(jìn)行分割，以便實(shí)際應(yīng)用程序運(yùn)行于用戶模式之中。這樣，MMU 就提供了一種用于實(shí)現(xiàn)完善系統(tǒng)和應(yīng)用的隔離而安全的環(huán)境。

出眾的代碼密度

Blackfin 處理器架構(gòu)支持多長(zhǎng)度指令編碼。使用頻率非常高的控制型指令被編碼為緊致 16 位字，而更多的算術(shù)密集型信號(hào)處理指令則被編碼為 32 位值。該處理器將把 16 位控制指令與 32 位信號(hào)處理指令加以混合和鏈接，以形成 64 位組，從而實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密度的最大化。當(dāng)進(jìn)行指令高速緩存和取指令操作時(shí)，內(nèi)核將自動(dòng)地對(duì)總線的長(zhǎng)度進(jìn)行充分的壓縮，因?yàn)樗鼪](méi)有對(duì)準(zhǔn)方面的限制。當(dāng)組合起來(lái)使用時(shí)，這兩種功能將使 Blackfin 處理器提供出堪與業(yè)界領(lǐng)先的 RISC 處理 器相媲美的。

動(dòng)態(tài)電源管理

所有的 Blackfin 處理器均采用了多種節(jié)能技術(shù)。Blackfin 處理器基于一種選通時(shí)鐘內(nèi)核設(shè)計(jì)，可按照逐條指令來(lái)選擇性地切斷功能單元的電源。Blackfin 處理器還支持多種針對(duì)所需 CPU 動(dòng)作極少（或根本不需要 CPU 動(dòng)作）期間的斷電模式。最后（或許是最重要的）一點(diǎn)是， Blackfin 處理器支持一種自含動(dòng)態(tài)電源管理電路，借助該電路即可對(duì)工作頻率和電壓進(jìn)行獨(dú)立控制，以滿足正在執(zhí)行的算法的性能要求。這些轉(zhuǎn)換可以在一個(gè) RTOS 或用戶固件的控制之下連續(xù)出現(xiàn)。大多數(shù) Blackfin 處理器都提供了片上內(nèi)核穩(wěn)壓電路，并可在低至 0.8V 的電壓條件下工作，因而特別適合于需要延長(zhǎng)電池使用壽命 的便攜式應(yīng)用。

易用性

如今，在許多過(guò)去需要同時(shí)采用一個(gè)高性能信號(hào)處理器和一個(gè)單獨(dú)的高效控制處理器的應(yīng)用中，只需采用一個(gè) Blackfin 處理器便足夠了。這種好處極大地縮減了開(kāi)發(fā)時(shí)間和成本，并最終加快了終端產(chǎn)品的面市進(jìn)程。此外，由于只需采用一組開(kāi)發(fā)工具，因而減少了系統(tǒng)設(shè)計(jì)師的初期費(fèi)用和學(xué)習(xí)時(shí)間。