《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種ADI Blackfin處理器介紹
摘要: 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,。
Abstract:
Key words :
  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,。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)RISCMCU/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RISCMCU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“SUMABSOLUTEDIFFERENCE”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Level1(L1)和Level2(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,。

  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,。

  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。



 

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