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1、嵌入式系统设计大学教程,第九章 基于OMAP5912的开发应用,主要内容,9.1 OMAP5912的结构和特点 9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计 9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.1 OMAP5912的结构和特点,OMAP5912处理器是由TI应用最为广泛的TMS320C55x DSP内核与低功耗、高性能的ARM926EJ-S微处理器组成的双核应用处理器。C55x系列可提供对低功耗应用的实时多媒体处理的支持；ARM926可满足控制和接口方面的处理需要。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.1 ARM926EJ-S内核ARM926EJ-S内核是采用32位RISC
2、处理器，并采用ARM9作内核，同时配备Thumb扩展。它能够处理32位或者16位的指令，处理8位、16位和32位数据。,9.1.1 ARM926EJ-S内核,这款新型高性能、低功耗的微构架采用协处理器CP15使体系结构得到增强。系统中的控制寄存器可通过对协处理器CP15的读写来对MMU、Cache和读写缓存控制器进行存取操作。这种微构架在ARM核的周围提供了：指令与数据存储器管理单元，指令、数据和写缓冲器，性能监控、调试和JTAG单元以及协处理器接口，MAC协处理器和内核存储总线。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.2 TMS320C55x内核 TMS320C55x内核的主要特点是
3、：有1个64位8位的缓存队列，2个17位17位的乘法累加单元，1个40位的算术逻辑单元，1个16位的算术逻辑单元，1个40位的桶形移位器和4个40位的加法器。另外还有12条独立的总线，即：3条数据读总线，2条数据写总线，5条数据地址总线，1条程序读取总线和1条程序地址总线。此外，还有用户可以配置的IDLE域。,9.1.2 TMS320C55x内核,内核主要由4个单元组成： 指令缓冲单元（I单元） 程序流单元（P单元） 地址数据流单元（A单元） 数据运算单元（D单元）,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.3 存储器管理存储器通信控制器（Traffic Controller，以下简称TC
4、）管理着MPU、DSP、DMA以及局部总线对OMAP5912系统存储资源（如SRAM、SDRAM、FLASH、ROM等）的访问。它的主要功能是确保处理器能够高效访问外部存储区，并避免产生瓶颈现象而降低片上处理速度。,9.1.3 存储器管理,MPU子系统用于控制存储器管理单元（MMUs）、系统直接存储器访问（DMA）控制器、MPU TI外设总线（TIPB）桥和一些外设。,图 91 MPU存储器映射,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.4 直接存储器访问控制器（DMA） 直接存储器访问控制器（Direct Memory Access，DMA）可以在没有MPU干预的情况下实现存储空间中不同
5、位置间的数据传递。这种数据传递的数据源和数据目的地可以是片内存储器、片外存储器以及各种系统外设，它们都伴随在MPU的操作中。通过使用DMA，可以减小系统进行大量数据传递时对MPU处理器所造成的工作负荷。,9.1.4直接存储器访问控制器（DMA）,DMA通道是基于硬件实现的，因此也称为物理通道。其中，每一条通道都受一组配置寄存器控制，可以用软件来设置传输参数，诸如数据长度、数据源地址和目的地址等。这些物理通道配置寄存器位于MPU的存储空间里。所有的物理通道都是并行操作的，可以并行进行多组数据的传递，每一组数据占据一个通道。如果几个通道都使用相同的DMA端口，它们就会时分复用这个端口。,9.1.4
6、直接存储器访问控制器（DMA）,图 93 DMA传输基本流程,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.5 时钟和电源管理OMAP5912微处理器提供了2个振荡器以辅助管理电源耗损。设计系统时，在待机模式下可以直接关闭12MHz的振荡输入，只留下32kHz振荡器来维持系统运作。这样，不但可以保证系统运行，让需要维持运行的周边正常操作（例如用户可以通过Keypad等输入装置来唤醒整个系统），而且可以很容易地关闭大部分接口设备，达到控制电源耗损的目的。,9.1 OMAP5912的结构和特点,9.1.6 外围控制模块 1. MPU专用外设器 包括定时器、看门狗定时器和中断处理器。这3种标准外设只
7、能通过ARM926专用总线（TIPB）的访问来提供所需的操作系统和应用的管理功能。,9.1 OMAP5912的结构和特点,2. MPU公共外设 主要有照相机接口、MPU I/O、Microwire接口、USB接口等，这些设备只能被MPU和MPU配置的系统DMA控制器访问。因为该总线可以被系统DMA控制器访问，所以称为公共总线。DSP不能访问该总线上的外设。,9.1.6 外围控制模块,3. DSP专用外设 包括定时器、看门狗定时器和中断处理器。 4. DSP公共外设 包括2个多通道缓冲串口和2个多通道串口，可以被DSP以及DSP DMA直接访问。这些外设也可以被MPU和系统DMA通过MPUI接口
8、访问，但MPUI接口必须进行相应的配置。,9.1.6 外围控制模块,5.共享外设 系统的共享外设有： 邮箱模块，可以实现DSP和MPU之间基于中断的信号交换； 串口； 8个通用计时器； 3个UART； I2C总线的主从接口； 多通道缓冲串口（McBSP）； 多媒体卡（MMC）和SD接口； 64个通用功能的输入输出（GPIO）； 32KHz的同步时钟。,主要内容,9.1 OMAP5912的结构和特点 9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计 9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,OMAP5912中的ARM926内核主要负责提供操作系统、用户界面
9、和高级应用，进行实时多任务调度管理，以及对DSP CSSx进行控制和通信。DSP核适合语音应用所需要的实时信号处理功能，主要负责实现复杂的多媒体信号处理。将经过解码处理的信号进行D/A转换和功率放大，进一步输出到耳机等输出设备。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,9.2.1 电源管理模块针对OMAP平台低功耗的特点，对电源管理模块提出了更高要求。OSK开发板采用TI推出的手持式高整合度电源IC芯片TPS65010。该产品具有高性能级别，并且功率转换效率高达97%，与其他分立解决方案相比，采用TPS65010可大大减小所占电路板空间。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,9.2
10、.2 存储模块因为系统最后要脱机运行，所有的程序都要固化到FLASH里面，包括中断矢量表、初始化代码、引导代码、系统的应用程序，还有显示菜单用到的字模。在硬件开发阶段，可以在FLASH的存储空间位置上通过跳线器再并接一个RAM，这样就可以通过CCS直接向其中加载程序，避免了在调试中断和引导过程中反复修改烧写FLASH的操作。,9.2.2 存储模块,1. Flash MemoryOMAP5912可支持两块NOR FLASH芯片。OSK开发板采用2块Micron公司的MT28F128J3芯片，其单片容量为16MB。OMAP5912有24根地址线A1A24可使用。,9.2.2 存储模块,. DDR
11、SDRAM 在一个时钟周期中DDR可以完成SDRAM两个周期才能完成的任务，所以理论上同速率的DDR内存与SDRAM相比，性能要超出一倍。可选用一块工作电压为1.8V的低功耗DDR SDRAM芯片。在OSK开发板中选用的是Samsung公司的K4X56163PE-L(F)G，该芯片容量为32MB，工作频率100MHZ（DDR200）。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设计,9.2.3 音频处理模块 音频处理模块在硬件上使用了基于IIS总线的音频系统体系结构。IIS（Inter-IC Sound bus）又称I2S，是菲利浦公司提出的串行数字音频总线协议。音频电路包含了两路音频输入（lin
12、e in和mic in）和一路音频输出（headphone out）。,9.2.3 音频处理模块,TLV320AIC23（以下简称AIC23）是TI推出的一款高性能、集成有模拟功能的立体声音频CODEC，内置耳机输出放大器，支持MIC和LINE IN两种输入方式（二选一），而且对输入和输出都具有可编程增益调节。AIC23的模数转换（ADC）和数模转换（DAC）部件高度集成在芯片内部，采用了先进的Sigma-delta过采样技术，可以在8K到96K的频率范围内提供16、20、24和32位的采样，ADC和DAC的输出信噪比分别可以达到90dB和100dB。,9.2 基于OMAP5912的硬件平台设
13、计,9.2.4 外围接口 1. CF卡接口 CF卡有两种规格：Type I和Type II，前者厚度为3mm，后者厚度加倍，但容量也随之提升。,9.2.4 外围接口,2.以太网接口,图 97 LAN91C96内部结构,9.2.4 外围接口,3.以太网接口JTAG/Multi-ICE仿真调试接口：OMAP提供JTAG信号，并通过SN74LV C244AGQN缓冲，连接到外部接口。USB接口：OMAP5912的USB主机控制器提供了低速（1.5Mbps）和全速（12Mbps）的传输速率。,主要内容,9.1OMAP5912的结构和特点 9.2基于OMAP5912的硬件平台设计 9.3基于OMAP59
14、12的软件系统设计,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,图 98 OMAP5912系统软件架构框图,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,为了实现跨平台的要求，系统在驱动程序之上再建立一层硬件抽象层（HAL），通过对硬件的抽象描述，可降低和底层硬件的耦合度，即使底层的硬件变化，只要有适当的驱动程序，整个系统的架构不需改变就可以运作。这主要是为以后的系统扩展和移植做准备。,9.3.1 OMAP5912系统的软件架构,系统服务指的是位于语言层次，提供应用程序语言呼叫的一组接口及其操作，其作用类似于DOS下的INT 21H指令，即提供中断服务程序，只要应用程序向操作系统请求协助，系统服
15、务就会被调用，这一层还包含了对系统语言库的支持。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.2 嵌入式Linux系统的启动流程Linux操作系统在嵌入式系统中越来越受欢迎，基于Linux的嵌入式PDA和手机产品也层出不穷。一般来说，一个嵌入式Linux系统的启动可以分为四个层次 。 引导加载程序 Linux内核 文件系统 用户应用程序,9.3.2 嵌入式Linux系统的启动流程,在嵌入式系统中，通常并没有像BIOS那样的固件程序（有的嵌入式CPU可能会有一段短小的启动程序，如TI MSC1210等），因此整个系统的加载启动任务就完全由Bootloader来完成。比如在基于XScale
16、 core的嵌入式系统中，系统在上电或复位时通常都从地址0x00000000处开始执行，而在这个地址处安排的通常就是系统的Bootloader程序。,9.3 基于OMAP5912的软件系统设计,9.3.3 Bootloader及其移植简单地说，Bootloader就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序，相当于PC机主板上的BIOS，是最底层的引导软件。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核准备好正确的环境。,9.3.3 Bootloader及其移植,1.Bootloader在嵌入式系统的重要性一般情况下，计算机操作系统的启动都需要一个引导加载程序。其主要的原因在于现在计算机系统多采用“易失性”的半导体存储器作为内存，如PC系统中采用的EDO DRAM，SDRAM，DDR SDRAM等，一旦断电，内存中的操作系统映像就消失了，因此只能将操作系统存储在非易失性的存储介质上，在系统加电的时候才能将其中的操作系统映像装入内存中运行。,9.3.3 Bootloader及其移植,
