基于ARM核與DSP核組成的OMAP5910嵌入式系統(tǒng)

開放式多媒體應(yīng)用平臺(Open Multimedia Application Platform，OMAP)處理器系列包括應(yīng)用處理器及集成的基帶應(yīng)用處理器，具有高性能、實(shí)時處理及超低功耗的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于PDA、Web記事本、遠(yuǎn)程通信和醫(yī)療器械等。

OMAP5910處理器是由TI公司的應(yīng)用最為廣泛的TMS320C55x DSP內(nèi)核與低功耗、增強(qiáng)型ARM925微處理器組成的雙核應(yīng)用處理器，是OMAP系列的最新成員。TMS320C55x系列可提供對低功耗應(yīng)用的實(shí)時多媒體處理的支持，而ARM925 MPU 可滿足控制和接口方面的處理需要。OMAP5910處理器同時擁有二種產(chǎn)品的最佳性能，包括TI TMS320C55x DSP內(nèi)核的實(shí)時處理性能與低功耗、TI增強(qiáng)型ARM925微處理器的靈活性，且通過優(yōu)化處理器間的通信機(jī)制，使設(shè)計(jì)者可同時享受這二種處理器的最大優(yōu)點(diǎn)?；陔p核結(jié)構(gòu)，OMAP5910具有極強(qiáng)的運(yùn)算能力和極低的功耗，一方面產(chǎn)品性能高、省電，另一方面同其他OMAP處理器一樣，采用開放式、易于開發(fā)的軟件設(shè)施，支持廣泛的操作系統(tǒng)，如Linux、Windows、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks、Java等。此外，還可以通過API及用戶熟悉且易于使用的工具優(yōu)化其應(yīng)用程序。

1 OMAP5910的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

OMAP的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

1.1 OMAP5910處理器的主要特點(diǎn)

(1)高性能。采用低功耗、高性能的32位ARM9TDMI內(nèi)核和TMS320-C55x DSP內(nèi)核，工作頻率高達(dá)150MHz；采用5級的整數(shù)流水線結(jié)構(gòu)；支持多媒體處理技術(shù)，采用的是TMS320C55x DSP內(nèi)核，增強(qiáng)了對視頻和音頻的解碼能力。

(2)低功耗。多電源管理模式，雙內(nèi)核電壓供給為1.6V；ARM9TDMI內(nèi)核具有16KB指令和8KB數(shù)據(jù)Cache，TMS320C55x DSP內(nèi)核具有24KB的指令Cache；支持2.75V的存儲器和3.3V的I/O接口。

(3)I/O擴(kuò)展。有4個16位的FLASH/SRAM的存儲空間，1個16位的SDRAM存儲空間。

(4)外圍控制接口。9通道系統(tǒng)可配置DMA控制器；LCD控制器，支持專用的LCD DMA方式，并支持STN（passive monochrome，俗稱單彩）、TFT(active color，俗稱真彩）、STN（passive color，俗稱偽彩）顯示；串行端口（3個UARTs、IrDA、I2C、3個McBSPs、2個MCSIs、MicrowireTM、PWT、PWL、uWire、HDQ/1-Wire）；USB接口；支持MMC/SD卡。

(5)時鐘控制。時鐘源：32.768kHz的振蕩器；12MHz/13MHz的振蕩器；可編程的內(nèi)核鎖相環(huán)。

(6)電源管理。Awake模式（正常運(yùn)行模式）、Big-sleep模式（省電模式）、Deep-sleep（省電模式）模式。

(7)封裝形式。289腳GZG BGA封裝或GDY BGA封裝。1.2 TI925T(ARM9TDMI)內(nèi)核

TI925T(ARM9TDMI)內(nèi)核是采用5階段管道化流水線32位的RISC處理器架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，并采用ARM9作內(nèi)核，同時配備Thumb擴(kuò)展。它能夠處理32位或者16位的指令和8位、16位、32位的數(shù)據(jù)。這款新型高性能、低功耗的微構(gòu)架兼容ARMv4T指令集，并通過采用協(xié)處理器CP15使體系結(jié)構(gòu)得到增強(qiáng)。系統(tǒng)中的控制寄存器可通過對協(xié)處理器CP15的讀寫來對MMU、Cache和讀寫緩存控制器進(jìn)行存取操作。這種微構(gòu)架在ARM核的周圍提供了：指令與數(shù)據(jù)存儲器管理單元，指令、數(shù)據(jù)和寫緩沖器，性能監(jiān)控、調(diào)試和JTAG單元以及協(xié)處理器接口，MAC協(xié)處理器和內(nèi)核存儲總線。

TI925T 的MMU具有2個64個項(xiàng)的轉(zhuǎn)換旁路緩存器（TLB）用于指令和數(shù)據(jù)流，每項(xiàng)均可映射存儲器的段、大頁和小頁。為了保證內(nèi)核周期的存取指令和數(shù)據(jù)，TI925T包含了分別獨(dú)立的1個16KB的指令Cache和8KB的數(shù)據(jù)Cache。二者獨(dú)立的好處是可以在同一時鐘周期內(nèi)讀取指令和數(shù)據(jù)，而不需要雙端口的Cache。指令和數(shù)據(jù)Cache都是2路相互關(guān)聯(lián)的Cache，以16B為1塊進(jìn)行操作，并采用最小最近使用（LRU）算法以刷新存儲。另外，TI925T還提供了寫緩沖的性能用于提升內(nèi)核，其能夠緩沖數(shù)據(jù)的容量高達(dá)17字。

1.3 TMS320C55x內(nèi)核

TMS320C55x內(nèi)核的主要特點(diǎn)是：有1個64×8位的緩存隊(duì)列(Instruction Buffer Queue)，2個17位×17位的乘法累加單元（MAC），1個40位的算術(shù)邏輯單元（ALU），1個16位的算術(shù)邏輯單元，1個40位的桶形移位器（Barrel Shifter)和4個40位的加法器。另外還有12條獨(dú)立的總線，即：3條數(shù)據(jù)讀總線，2條數(shù)據(jù)寫總線，5條數(shù)據(jù)地址總線，1條程序讀取總線和1條程序地址總線。此外，還有用戶可以配置的IDLE域。內(nèi)核主要由4個單元組成：指令緩沖單元（I單元）、程序流單元（P單元）、地址數(shù)據(jù)流單元（A單元）和數(shù)據(jù)運(yùn)算單元（D單元）。

1.4 系統(tǒng)控制功能

OMAP5910微處理器的系統(tǒng)控制模塊提供了實(shí)時時鐘（RTC）、看門狗（WT）、中斷控制器、功率管理控制器、復(fù)位控制器和2個片上振蕩器。

1.5 時鐘和電源管理

OMAP5910微處理器提供了2個振蕩器以輔助管理電源耗損。設(shè)計(jì)系統(tǒng)時，在待機(jī)模式下可以直接關(guān)閉12MHz的振蕩輸入，只留下32kHz振蕩器來維持系統(tǒng)運(yùn)作。這樣，不但可以保證系統(tǒng)運(yùn)行，讓需要維持運(yùn)行的周邊正常操作（例如用戶可以通過Keypad等輸入裝置來喚醒整個系統(tǒng)），而且可以很容易地關(guān)閉大部分接口設(shè)備，達(dá)到控制電源耗損的目的。

電源管理有3種工作模式：Awake模式、Big sleep模式和Deep sleep模式。Awake模式下，整個芯片運(yùn)行在峰值頻率，32kHz振蕩器和12MHz振蕩器正常工作。當(dāng)時鐘請求時，可使能外圍器件的12MHz時鐘，并由ULPD DPLL或APLL產(chǎn)生48MHz時鐘。當(dāng)芯片產(chǎn)生IDLE請求時，芯片工作：在Big sleep模式下，DPLLs 1、內(nèi)部12MHz時鐘被關(guān)閉。在Deep sleep模式下，只有32kHz振蕩器正常工作，整個系統(tǒng)工作將處于最低功耗狀態(tài)。

1.6 EMIFS、EMIFF接口和存儲器

在OMAP5910微處理器核心中，提供了2個擴(kuò)充內(nèi)存接口：EMIFS和EMIFF。EMIFS接口可以支持128MB的異步靜態(tài)存儲器(ASRAM)、FLASH和ROM。EMIFF接口可以設(shè)定為用來操作同步動態(tài)存儲器（SDRAM），其尋址空間高達(dá)128MB。這2個內(nèi)存接口都是獨(dú)立運(yùn)作，可以同時經(jīng)由微處理器核心存取數(shù)據(jù)，也可以利用直接內(nèi)存存?。―MA）數(shù)據(jù)。另外還有一個內(nèi)部存儲器區(qū)(IMIF接口的SRAM)，用來連接OMAP5910微處理器內(nèi)部的內(nèi)存，實(shí)現(xiàn)常用的數(shù)據(jù)存取，如用作微處理器液晶屏幕顯示的圖像緩沖器。而內(nèi)存間數(shù)據(jù)傳輸?shù)目刂苿t由Traffic Controller（流量控制器）來控制，Traffic Controller會對各種傳輸需求依設(shè)定的優(yōu)先級來執(zhí)行數(shù)據(jù)的傳送。

1.7 外圍控制模塊

OMAP5910微處理器有9個獨(dú)立通道和7個接收/發(fā)送端口的DMA控制器。DMA控制器可響應(yīng)內(nèi)部和外部設(shè)備的請求，在MPU TI925T(ARM9TDMI)運(yùn)行條件下，完成外部寄存器、內(nèi)部寄存器和外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)DMA的設(shè)置取決于MPU TI925T(ARM9TDMI)內(nèi)核。

此外，OMAP5910微處理器還有一個獨(dú)立的DMA通道供LCD控制器專用。LCD控制器提供了支持被動彩色方式STN（偽彩）和主動彩色方式TFT（真彩）顯屏接口，并支持被動單色STN格式。OMAP5910擁有自己專用的通道DMA控制器來控制面板的顯示，所支持的最大顯示分辨率為1024×1024象素，在單色模式下，能支持15級灰度。在STN顯示模式下，彩色顯示最高支持3 375種顏色；而在TFT顯示模式下，彩色顯示最高支持65 536種顏色。LCD控制器將幀緩存中的象素編碼值對應(yīng)12位寬的256個入口的調(diào)色板RAM，并根據(jù)數(shù)據(jù)寬度決定彩色的數(shù)量。通?？蛇x用片內(nèi)共享的SRAM或者通過EMIFF接口選用外部SDRAM來當(dāng)作幀緩存器(為優(yōu)化性能推薦選用片內(nèi)共享的SRAM)。

OMAP5910微處理器支持的串口包括：基于通用串行總線2.0版本和開放式主機(jī)控制接口1.0a版本的USB Function and Host模塊接口；3個通用異步收發(fā)口(UARTs)，其中2個UARTs具有自動調(diào)節(jié)波特率的性能，其波特率調(diào)節(jié)范圍在1 200bps～115.2kbps之間，而另外1個URAT通常用作一般的URAT或者用作IrDA接口使用；3個多通道緩沖串行口(McBSPs)可提供高達(dá)128個通道的高速、全雙工通信的串行接口，可直接與T1/E1調(diào)幀器相連接，并支持兼容MVIP、ST-BUS、IOM2、AC97、I2S等協(xié)議的設(shè)備；2個多通道串行口（MCSI）提供了全雙工通信以及對主/從時鐘的控制功能，同時為TMS320C55x 內(nèi)核對外部設(shè)備如：多媒體數(shù)字音頻解碼編碼器或其他模擬轉(zhuǎn)換器等的訪問提供便利的通信接口；基于Philips I2C-BUS 2.1版本的I2C Master/Slave接口(支持多主機(jī)(Multimaster)模式)，即在I2C總線上的設(shè)備（包括OMAP5910在內(nèi)）都可充當(dāng)接收機(jī)或發(fā)送機(jī)；支持MMC/SD或SPI協(xié)議并傳輸串行數(shù)據(jù)的MMC/SD卡接口和1個SPI接口。