第4章 pxa270处理器

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1、嵌入式系统与应用 第4章 PXA270处理器 * 2* 嵌入式系统与应用 1. XScale内核简介 2. PXA270结构 3. PXA270存储管理单元 4. PXA270时钟及电源管理 5. PXA270中断控制器 6. PXA270 I/O模块 7. PX270串行控制器 8. 实时时钟单元（RTC） 9. 多媒体控制单元 10.移动设备接口 11.LCD控制器 教学要点 3* 嵌入式系统与应用 1 XScale内核简介 Intel XScale支持16位Thumb指令和DSP扩充指令。Intel PXA270 微处理器芯片是一款集成了32位Intel XScale 处理器核、多通信信

2、道、 LCD控制器、增强型存储控制器和PCMCIA/CF控制器以及通用I/O口 的高度集成的应用微处理器。 4* 嵌入式系统与应用 1.1 XScale内核特点 u 7级流水线 u 乘/累加器MAC u 存储器管理部件MMU u 指令Cache u 转移目标缓冲器BTB u 数据Cache u 填充缓冲区（Fill Buffer） u 写缓冲区（Write Buffer） u 性能监视 u 电源管理 u 调试 5* 嵌入式系统与应用 1.2 XScale与StrongARM的区别 XScale处理器的处理速度是StrongARM处理速度的两倍 ，其内部变化包括： u数据Cache的容量从8KB

3、增加到32KB u指令Cache的容量从16KB增加到32KB u微小数据Cache的容量从512B增加到2KB u为了提高指令的执行速度，流水线结构由5级增至7级 u新增乘/加法器MAC和特定的DSP型协处理器CP0 u动态电源管理，使XScale处理器的时钟最高可达1GHz、功率1.6W ，并能达到1200MIPS 6* 嵌入式系统与应用 2 PXA270结构 7* 嵌入式系统与应用 PXA270特点 u高性能 u256KB的专用内部高速代码 和数据SRAM u高速基带协处理器 u丰富的串行外设 u支持JTAG调试 u片内集成跟踪缓冲区，具有 硬件监视特性 u实时时钟 u操作系统定时器 u

4、LCD控制器 uUSIM（通用用户 识别卡）接口 u低功耗 u高性能的存储器控 制 u灵活的时钟 u系统附属外设单元 u中断控制器 8* 嵌入式系统与应用 3 PXA270存储管理单元 u MMU内存管理单元（包含指令cache，指令 MMU，数据cache，数据MMU） u 系统存储控制单元 9* 嵌入式系统与应用 3.1 PXA270存储系统结构 10* 嵌入式系统与应用 3.2 PXA270存储控制器特征 u 支持同步FLASH和SDRAM接口 u 支持4块16位或32位宽度的SDRAM u 支持1GByte的SDRAM空间 u 支持104MHz的1.8V JEDEC LP-SDRAM

5、u 有6个静态存储器接口 u 支持384MByte的FLASH存储器 u 有两个PC卡存储器的接口 u 允许轮流控制系统总线 u 在进入休眠模式、等待模式、深度休眠模式、修改频率模 式之前，会设置SDRAM控制器为自刷新模式 u 为DMA控制器提供各种控制信号 u 可以配置块0连接16位或32位的非易失性存储器 u 提供一个可编程省电模式 11* 嵌入式系统与应用 SDRAM存储空间映射框图 12* 嵌入式系统与应用 3.3 DMA控制器 DMA结构框图 13* 嵌入式系统与应用 4 PXA270时钟及电源管理 PXA270的时钟及电源管理单元负责执行处理 器的复位、时钟、能量管理以及控制外部

6、能耗管 理芯片，来达到对处理器功耗或者执行某些单独 操作的能耗优化。 14* 嵌入式系统与应用 4.1 时钟管理单元 15* 嵌入式系统与应用 5个主要时钟源 时钟系统包括5个主要时钟源： u 13MHz振荡器，产生PLL的参考时钟和串口单元的时钟 u 32.768kHz振荡器，用于低功耗模式 u 外围PLL（312MHz），用于产生外围总线和外围单元的固 定频率 u 核心PLL（26624MHz），用于产生内核、LCD控制器、 内存控制器、系统总线的可编程时钟频率 u 存储控制器时钟输出，设置存储器控制器时钟频率，让它 和系统总线频率相同 16* 嵌入式系统与应用 4.2 电源管理单元 7个

7、内部功耗域 4个I/O电源供给 17* 嵌入式系统与应用 功耗模式 q 正常模式 q 空闲模式 q 深度空闲模式 q 待机模式 q 睡眠模式 q 深度睡眠模式 18* 嵌入式系统与应用 5 PXA270中断控制器 PXA270有22个中断源，只支持单优先级中断。 19* 嵌入式系统与应用 6 PXA270 I/O模块 PXA270可以使用和控制的通用I/O（以下统称GPIO） 管脚有119个，使用27个寄存器可以配置这些GPIO管脚的 方向（输入或输出）、功能、状态（输出）、管脚的高低 电平检测（输入）和选择其他功能。 20* 嵌入式系统与应用 6.1 GPIO PXA270的GPIO管脚可以

8、用来生成和捕捉外设的输出或 输入信号，每一个管脚可以通过编程设置成输入和输出。 GPIO被作为特殊功能使用时，不能同时当作普通I/O口使 用。 21* 嵌入式系统与应用 22* 嵌入式系统与应用 6.2 专用键盘接口 u 专用键盘接口提供两种功能模块：矩阵键盘和直连键盘 。矩阵键盘支持8输入和8输出，而直连键盘模块只支持8个 输入。 u 矩阵键盘支持64个按键，手动和自动扫描方式。矩阵键 盘接口和直连键盘接口都能产生中断请求。 u 直连键盘支持8个按键和两个旋转编码器。组合方式：8 个按键、6个按键和1个旋转编码器、4个按键和2个旋转编 码器。 23* 嵌入式系统与应用 7 PX270串行控制

9、器 q USB q UART q IrDA q SSP q I2C 24* 嵌入式系统与应用 7.1 USB主控制器 一个USB系统主要由4部分组成：客户端软件和USB主 控制器驱动两个软件部分、主控制器和设备控制器两个硬 件部分。 25* 嵌入式系统与应用 26* 嵌入式系统与应用 7.2 USB设备控制器 USB设备控制器支持24个端点。USB控制器兼容 USB1.1 协议，全速设备可半双工地工作在12Mbps的波 特率下。 27* 嵌入式系统与应用 USB通信协议层次框图 28* 嵌入式系统与应用 7.3 UART控制器 PXA270处理器有3个UART 全功能UART（FFUART）

10、蓝牙UART（BTUART） 标准UART（STUART） 29* 嵌入式系统与应用 7.4 快速红外接口 快速红外接口工作在半双工方式，适用于LED无线收发 收器。快速红外接口是基于4Mbps IrDA标准，使用4-PPM 和一个指定串行数据包协议开发IrDA传输。为了支持这些 标准，快速红外接口有以下功能： u 一个位编码/解码器 u 串行转并行 u 一个8位64入口的发送FIFO u 一个11位64入口的接收FIFO 30* 嵌入式系统与应用 7.5 SSP通信控制器 u SSPC工作于主机方式，串行数据格式为416位。 SSPC具有1616位发送和接收数据FIFO。 u 发送的数据由C

11、PU或DMA写入SSPC的发送FIFO， SSPC从FIFO中取出数据，转换为串行数据方式，从 SSPTXD脚发送至外设。 u SSPC使用串行数据格式来发送和接收数据。每一个数 据帧可设置为416位，先发送最高位。 31* 嵌入式系统与应用 7.6 I2C总线控制器 u I2C总线是一种采用双线方式的串行总线。PXA270的 I2C总线单元可用作主或从模式。 I2C总线使用SDA线和 SCL线与其他器件之间传送信息。 u I2C单元包括I2C总线的双线接口、1个主/从传送数据 的8位缓冲器、1套控制和状态寄存器以及1个并行/串行转 换移位寄存器。 u I2C单元支持400Kb/s高速方式操作

12、和100Kb/s的标准方 式。 32* 嵌入式系统与应用 8 实时时钟单元（RTC） PXA270的实时时钟包含5个功能单元 u 秒表单元 u 实时时钟单元 u 计时器单元 u 周期性中断单元 u 时间修正单元 33* 嵌入式系统与应用 8.1 实时时钟单元结构 34* 嵌入式系统与应用 8.2 OS定时器单元 OS （Operating System）定时器单元分两部分： 第一部分包含一个计数器和4个定时器 第二部分包含8个计数器和8个定时器 35* 嵌入式系统与应用 OS定时器单元结构图 36* 嵌入式系统与应用 8.3 PWM控制器 PXA270处理器包含4路脉冲宽度调制（PWM）控制器

13、 。每一路均由各自的寄存器控制，在外部引脚提供一个脉 冲宽度调制信号。 37* 嵌入式系统与应用 9 多媒体控制单元 PXA270处理器提供了功能齐全的多媒体控制单元， 包括音频、视频、多媒体信息存储等控制器，为该处理 器在多媒体领域的应用提供了丰富的接口。 38* 嵌入式系统与应用 9.1 AC97控制器 PXA270处理器的AC97控制器支持以下特性： u所有通道都只支持16位的硬件采样。软件可支持16位以下的采样； u支持多种采样率(48kHz或以下)； u可读写访问AC97寄存器； u支持一个次要的编解码器； u具有3个接收FIFO(32位，16个入口)； u具有2个发送FIFO(32

14、位，16个入口)； u可选的AC97_SYSCLK输出(用来支持不带晶振的编解码器)； uAC97控制器不支持以下特性： u双采样率采样(对PCM L,R和C进行n+1采样)； u18位和20位宽的采样。 39* 嵌入式系统与应用 AC97控制器I/O信息表 引脚名称类型用途 AC97_RESET_n输出编解码器复位信号（低有效）。复位时编 解码器寄存器也被复位。 AC97_BITCLK输入12.288MHz比特率时钟 AC97_SYNC输出48kHz帧标记 和同步信号 AC97_SDATA_OUT输出串行音频数据输出到编解码器进行数模转 换 AC97_SDATA_IN_0输入从主要的编解码器

15、输入串行的音频数据 AC97_SDATA_IN_1输入从次要的编解码器输入串行的音频数据 AC97_SYSCLK输出可选的24.576MHz时钟输 出 40* 嵌入式系统与应用 9.2 I2S控制器 I2S控制器的特性： u 可以记录和播放64位立体声音频 u 左右声道都是32位宽 u 每个通道都有16位MSB有效数据和16位LSB的补零 u 支持调整MSB模式和普通I2S模式 u 支持采样率包括：48kHz, 44.1kHz, 22.05kHz, 16kHz, 11.025kHz 和8kHz。 u 可将比特率时钟（I2S_BITCLK）配置为输入或输出 。 41* 嵌入式系统与应用 I2S控

16、制器引脚列表 引脚名称类型用途 I2S_SYSCLK输出系统时钟 = I2S_BITCLK*4，仅供编解码 器使用 I2S_BITCLK双向比特率时钟 = I2S_SYNC * 64 I2S_SYNC输出左右声道识别 I2S_SDATA_OUT输出串行输出到编解码器 I2S_SDATA_IN输入从编解码器串行输入 42* 嵌入式系统与应用 9.3 多媒体卡控制器 PXA270多媒体卡控制器特征： u在MMC、1位SD/SDIO、SPI模式下数据传输速率可达19.5Mbps u在4位SD/SDIO模式下数据传输速率可达78Mbps u具有一个自响应FIFO u具有两个发送FIFO和两个接收FIFO u具有两种操作模式：MMC/SD/SDIO模式和SPI模式 uSD和SDIO通信模式支持1位和4位数据传输 u控制器可基于FIFO的状态来打开或关闭时钟，来防止溢出和空载 u支持所有的有效MMC和SD/SDIO协议数据传输模式 u具有基于中断的应用程序接口，用来控制软件响应 u在写数据流时，数据不能小于10字节 u使用MMC通信协议时支持多个MMC卡