S12XD系列中XGATE協(xié)處理器的原理及應(yīng)用

1 概 述
美國(guó)Freescale公司在推出S12D系列16位單片機(jī)后，再次推出了功能更強(qiáng)大的S12XD系列16位單片機(jī)。其中，包括MC9S12XD64、MC9S12XDP512、MC3S12XDT256、MC3S12XDG128等。

在處理多任務(wù)技術(shù)方面，S12XD系列相對(duì)16位的S12D系列更具優(yōu)勢(shì)，其表現(xiàn)像32位機(jī)一樣。S12XD系列仍然保持著原來(lái)頗受歡迎的16位S12D系列MCU的低價(jià)格、低功耗、卓越的EMC和有效編碼長(zhǎng)度的優(yōu)勢(shì)。

S12XD系列的主要特點(diǎn)是增加了XGATE協(xié)處理器。具體來(lái)講，XGATE其實(shí)就是一個(gè)可用C語(yǔ)言編程的，擁有最優(yōu)化的數(shù)據(jù)傳輸、邏輯以及位操作指令的指令系統(tǒng)。由于在外部模塊、RAM和I／O口之間提供了一個(gè)高速數(shù)據(jù)傳輸通道，其工作頻率可達(dá)到S12D系列的CPU下載總線頻率的2倍。在CPU進(jìn)行多總線加載數(shù)據(jù)傳輸時(shí)執(zhí)行一個(gè)中斷處理加載的情況下，XGATE就會(huì)表現(xiàn)出其優(yōu)勢(shì)。

2 XGATE的總體功能及主要特性

2.1 XGATE的總體功能

當(dāng)前對(duì)許多嵌入式系統(tǒng)的一個(gè)挑戰(zhàn)是在非常短的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)同時(shí)執(zhí)行一系列的重要任務(wù)。直接存儲(chǔ)器存取模塊(DMA)提供的解決方案是，通過(guò)硬件控制使數(shù)據(jù)利用中斷源來(lái)自動(dòng)地讀或?qū)?。但是，這種方案中在等候下個(gè)中斷到來(lái)之前通常DMA只執(zhí)行讀或?qū)懼噶?，其功能就?huì)被限制。在嵌入式系統(tǒng)中，這樣的中斷事件經(jīng)常會(huì)介入其他的邏輯處理。譬如在把數(shù)據(jù)移動(dòng)到最終目的地之前，要介入確認(rèn)信號(hào)或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行修正的處理。因而，一個(gè)以DMA支持的中斷經(jīng)常只能做一部分工作，CPU會(huì)被預(yù)留出一部分來(lái)通過(guò)中斷主程序來(lái)完成這些任務(wù)。這樣，中斷處理就使CPU在其他功能的表現(xiàn)方面減弱了。另外，還要有精確的時(shí)間要求來(lái)保證在系統(tǒng)正常運(yùn)行的同時(shí)來(lái)處理復(fù)雜的應(yīng)用程序。

XGATE就是為了提高應(yīng)用反應(yīng)速度和減少主CPU的中斷負(fù)荷而產(chǎn)生的，通過(guò)中斷程序的執(zhí)行以達(dá)到與CPU同時(shí)運(yùn)行的目的。那么XGATE可以用來(lái)做什么呢?XGATE被定位于快速中斷處理，可以減少CPU進(jìn)行中斷處理的負(fù)荷。

多數(shù)嵌入式應(yīng)用都要求許多中斷程序來(lái)處理簡(jiǎn)單的功能，處理器經(jīng)常以高速率執(zhí)行任務(wù)。通常這些是與接口功能相聯(lián)系的，如調(diào)速控制器控制反饋及系統(tǒng)與其他部分的通信。XGATE就是用來(lái)幫助CPU處理這些事件的。

XGATE的一個(gè)重要的特點(diǎn)就是它的設(shè)置雖然非常簡(jiǎn)單，但卻允許開發(fā)復(fù)雜程序。XGATE優(yōu)于一個(gè)智能的DMA控制器，因?yàn)樗峁┮粋€(gè)復(fù)雜I／O處理的能力。當(dāng)XGATE與CPU12X核一起使用時(shí)，有一些限制需要考慮，但是不會(huì)對(duì)XGATE所設(shè)計(jì)的功能產(chǎn)生影響。

XGATE為應(yīng)用提供了更高級(jí)別的中斷，通過(guò)分擔(dān)一些服務(wù)程序來(lái)縮短CPU的工作時(shí)間和進(jìn)程。

2.2 XGATE的主要特性

◆XGATE是一個(gè)協(xié)處理器，它可以像主CPU一樣進(jìn)入并且控制外圍設(shè)備；

◆從中斷出來(lái)后的反應(yīng)時(shí)間短；

◆在進(jìn)入同一個(gè)存儲(chǔ)空間前，XGATE要等待主CPU釋放這一空間的所有存儲(chǔ)器；

◆當(dāng)用于較短程序時(shí)，XGATE可以提供最好的應(yīng)用方式；

◆XGATE只在運(yùn)行時(shí)消耗電源；

◆XGATE可以實(shí)現(xiàn)完成多數(shù)通常在主CPU上的功能或者程序，與以前的S12D CPU比較，具有更為強(qiáng)大的處理數(shù)據(jù)能力。

XGATE很靈活，使用者可以通過(guò)這個(gè)低功耗的雙核處理器為開發(fā)創(chuàng)造新的環(huán)境。

2.3 XGATE與主CPU的關(guān)系

中斷控制器硬件產(chǎn)生的中斷可以選擇由XGATE或者S12XD CPU來(lái)處理。XGATE處理的任何中斷都會(huì)減輕主CPU的中斷負(fù)荷，并且XGATE完全有能力來(lái)處理整個(gè)中斷。

從圖1中可以看到，一個(gè)開關(guān)中斷信號(hào)可以指向XGATE或者CPU。如果指向XGATE，它就會(huì)執(zhí)行所要求的程序；當(dāng)程序完成后，等候下個(gè)請(qǐng)求。還能看到有的寄存器可以使XGATE指向一個(gè)特殊的中斷，并且中斷優(yōu)先權(quán)的等級(jí)被設(shè)置到7個(gè)級(jí)別當(dāng)中的一個(gè)。如果有2個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)產(chǎn)生，則處理器就會(huì)根據(jù)中斷級(jí)別的高低來(lái)判斷，最高最重要的中斷首先執(zhí)行。這些中斷等級(jí)在S12XD CPU和XGATE中是相同的。

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