嵌入式系统应用与开发.PPT

1、嵌入式系统应用与开发,张睿2004年2月,第四章 PXA250处理器介绍,PXA250和PXA210应用处理机是第一代基于INTEL的XScale微架构的集成系统芯片（ISOC）设计处理机。它们除了XScale微内核外，还集成了许多适用于手持设备市场需要的外围设备。,4.1 PXA250结构和特性,Xscale PXA250是一种十分先进的嵌入式处理器，采用XScale核心，频率为200400MHz，加强了微处理器速度的管理，加快了多媒体处理的速度，并支持802.11b及蓝牙技术、USB接口，采用PBGA封装方式。其主要针对下一代高性能的PDA市场，支持视频流、MP3、无线互联网存取以及其他边

2、缘领先技术。,图5-1 应用处理机框图,内核工作频率：100400MHZ系统存贮器接口： 100MHZ SDRAM。 4MB至256MB SDRAM存贮器。 支持16、64、128、256Mbit DRAM技术。 四个SDRAM区，每个支持64MB存贮器。 时钟允许（1个CKE脚用于把整个SDRAM接口 置为自我刷新）。 支持多至六个静态存贮器器件（SRAM、 Flash、ROM或VLIO）。 支持两个PCMCIA/CF卡插槽。,PXA250的特性,时钟和电源控制器： 3.6864MHZ振荡器，具有核PLL和外围PLL，可产生各 工作频率。 32.768KHZ振荡器可驱动实时时钟、电源管理器和

3、中断 控制器。 电源控制器可控制快速/运行、空闲和睡眠工作方式。DMA控制器： 具有16个有优先级的通道，可为内部外设和外部芯片 提供服务。 采用描述器（Descriptor）允许命令链和循环结构。 支持字、半字和字节数据传送。,LCD控制器： 支持被动（DSTN）和主动（TFT）LCD显示。 最大分辨率800*600*16。 两个专用DMA通道允许LCD控制器支持单层或双 层显示。系统集成模块： GPIO 中断控制器 。 实时时钟（RTC） OS定时器 PWM,串行通讯口： USB从机模块，支持USB V1.1 三个UART，每个均可有慢速红外接口功能： * 全功能UART，波特率可高至23

4、0kbps。 * Bluetooth UART，波特率可高至921Kbps。 * 标准UART，波特率可高至230kbps。 高速红外（FIR）通讯口，基于4Mbps IrDA 标准，可直接与外部IrDA LED相连。 同步串行规程控制器（SSPC），提供全双工同 步串行接口，位速率为7.2KHZ至1.84MHZ。 I2C总线接口单元。,多媒休通讯口： AC97控制器，支持AC97 V2.0 Codec。 I2S控制器，可串行连接至数字立体声的标准I2S Codec，支持普通的I2S和MSB调整的I2S格式。 多媒体卡（MMC）控制器，提供与标准的存贮器 卡的串行接口，最高速率可达20Mbps

5、。,PXA250采用256脚17*17MBGA封装， 32位总线内核PXA210采用225脚13*13MMAP封装， 具有16位总线,封装,4.2 时钟和电源管理,时钟和电源管理控制每个模块的时钟频率，管理不同工作方式的转换以优化计算性能和电源消耗。,时钟系统包括五个主要时钟源： 32.768KHZ振荡器。 3.6864MHZ振荡器。 可程控频率的核PLL。 95.85MHZ固定频率的外设PLL。 147.46MHZ固定频率的PLL。,4.2.1 时钟管理,图5-2 时钟管理器框图,时钟管理寄存器,表5-2 时钟管理器寄存器,1. 核时钟设置寄存器（CCCR）,位3110： 保留；位97：运行

6、方式频率至快速方式频率倍因子N； 快速方式频率=运行方式频率*N； 位65：存贮器频率至运行方式频率倍因子M；位40：晶振频率至存贮器频率倍因子L 。,2. 时钟允许寄存器（CKEN）,3. 振荡器设置寄存器（OSCC）,位312：保留位1：OON32.768KHZ允许位（只能写入一次）位0：OOK32.768KHZ运行标志（只读）,1）决定最快的同步存贮器（SDRAM）的频率。2）如果SDRAM频率小于99.5MHZ，则存贮器频率必须两倍于SDRAM频率，存贮器控制器中的SDRAM时钟分频值应设为2。如SDRAM频率为99.5MHZ，则存贮器频率等于SDRAM的频率。3）按99.5MHZ(L

7、=0x1B), 118.0MHZ(L=0x20), 132.7MHZ(L=0x24),147.5MHZ(L=0x28)或165.9MHZ(L=0x2D)的最近值来取存贮器频率，并把L编程入核时钟设置寄存器。该频率（或一半，如SDRAM频率为两分频）为外部同步存贮器频率。,PLL频率编程方法,4）决定正常工作（RUN方式）所需的核频率。它的值为存贮器频率的1、2或4倍。把该值（M）编程入核时钟设置寄存器。5）决定快速（TURBO）方式工作的核频率。它用于从CACHE中运行程序的时候。该值应为RUN方式时钟的1、1.5、2或3倍。把该值（N）编程入核时钟设置寄存器。6）按存贮器频率设置LCD控制器

8、和存贮器控制器。,表5-1 核PLL输出频率输出频率,三种复位方式：1、硬件复位 2、Watchdog复位 3、GPIO复位,4.2.2 复位,在nRESET脚上加低电平，将进入硬复位状态。这时仅3.6864MHZ振荡器处于工作状态，停止内部时钟，所有引脚处于复位状态，将丢失所有动态RAM的内容，从nRESET_OUT输出低电平。在退出复位前，所有电源必须稳定。在nRESET脚变为高时，退出硬件复位，将： 1）等待3.6864MHZ振荡器和PLL时钟发生器稳定。 2）nRESET_OUT脚变高。 3）开始正常的启动步骤。软件应检查复位控制器状 态寄存器（RCSR）以决定启动源。,1. 硬件复位

9、,在软件没阻止Watchdog定时溢出的发生时，产生Watchdog复位。这时nRESET_OUT脚变低，除了RTC和部分时钟电源管理器外，复位所有单元，也将丢失动态RAM的内容。在经过约18ms后退出Watchdog复位状态。,2. Watchdog复位,如果GPIO1设置为复位源，当它为低大于4*N个时钟周期时，产生GPIO复位。这时，除了RTC,部分时钟电源管理器和存贮器控制器外，复位所有应用处理机单元，并从nRESET_OUT脚输出低电平。 设置GPIO1为复位功能时，应做如下操作： 1）设置GPIO1为输出，并输出为1。 2）从外部驱动GPIO1脚为高 3）设置GPIO1为输入。 4

10、）设置GPIO1为第二（复位）功能。,3. GPIO复位,1. 运行（RUN）方式 即正常工作方式，允许所有电源和允许的时钟。复位后，或者从其他工作方式恢复后进入运行方式。,4.2.3 工作方式,允许处理机核在短时间内以高速运行。它同步切换频率而不影响存贮器控制器、LCD控制器和其他外围部件。 快速方式的加速倍率由CCCR寄存器的N值决定。软件置位TURBO位，在执行完指令栈中的指令时，CPU按较高频率运行。 软件清零TURBO位，CPU在执行完指令栈中指令后，进入运行方式。,2.快速（TURBO）方式,允许用户停止CPU核时钟，但仍继续监视片内和外中断服务请求。这时系统单元模块（RTC、OS

11、定时器、中断控制器、GPIO、时钟和电源管理器、外围单元模块(DMA控制器、LCD控制器和所有其他外围单元），存贮器控制器仍处于运行状态。 软件写入PWRMODE寄存器的M段以选择空闲方式，在执行完指令栈中指令后进入空闲方式。当发生允许的中断时，可唤醒系统，重新启动CPU时钟进入运行方式。,3. 空闲（IDLE）方式,睡眠（SLEEP）方式时，核可无电源，仅RTC和电源管理器继续工作，可控制引脚状态，而SDRAM置为自我刷新方式从而可保存其内容。 在进入睡眠方式前，软件应： 1）设置SDRAM为自我刷新方式。 2）停止所有DMA操作。 3）设置PMGPIO/睡眠状态寄存器和PM通用设 置寄存器

12、的FS/FP位。 4）设置电源管理器的寄存器以允许唤醒源。,4.睡眠（SLEEP）方式,在睡眠方式，仅RTC运行，不响应中断。只有唤醒信号、复位和nBATT_FAULT信号才能触发应用处理机。 软件应检查RCSR以决定启动源，检查电源管理器睡眠状态寄存器（PSSR）以决定唤醒源。,4.2.4 电源管理器寄存器,表5-3 电源管理器寄存器,1、CCLKCFG寄存器（CP14寄存器6） 用于进入快速方式和频率改变序列。仅有两位： 位1：FCS频率改变序列。0=不进入频率改变序列。1=进入频率改变序列。位0：TURBO快速方式0=退出快速方式。1=进入快速方式。,协处理机14的时钟和电源管理寄存器,

13、2、PWRMODE寄存器（CP14寄存器7） 用于进入空闲和睡眠方式。仅有两位, 称为M。 00：运行/快速方式。 01：空闲方式。 10：保留 11：睡眠方式,4.3 系统集成单元（SIU）,4.3.1 通用I/O PXA250应用处理机有81根通用输入输出（GPIO）管脚。每个都可以通过使用GPDR设置为输入或输出。许多GPIO脚有第二功能，有的能有多个第二功能。 这些管脚可程控它们为第二功能，但仍需通过GPDR设置它们的方向。,GPIO模块一共有27个32位寄存器，它们完成9种功能，每个有三个寄存器以设置81个GPIO。,GPIO寄存器,表5-6 GPIO寄存器,1、GPIO引脚电平寄存

14、器（GPLR） 读出GPLR可得至GPIO引脚的状态。GPLR0的位310对应于GPIO310，GPLR1的位310对应于GPIO6332，GPLR2的位160对应于GPIO8064，GPLR2的位3117为保留位。 2、GPIO引脚方向寄存器（GPDR） 置GPDR的位为1，可置对应GPIO脚为输出，复位时为0，置为输入。,3、GPIO引脚输出置位寄存器（GPSR）和引脚清零寄存器（GPCR）。 当某个GPIO脚设置为输出时，可向对应的GPSR位写入1来输出1，也可向对应的GPCR写入1来输出0。GPSR、GPCR只可写入。,4、GPIO上升沿检测允许寄存器（GRER）和下降沿检测允许寄存器

15、（GFER）。 置位GRER/GFER的对应位，可编程每根GPIO检测上升沿、下降沿或任何跳变。在发生指定跳变时，置位状态位，它可控制产生中断。 5、GPIO跳变检测状态寄存器（GEDR） GEDR存放与GPIO脚有关的跳变状态位（1有效）。,6、GPIO第二功能寄存器（GAFR） 一共有六个GAFR，分别为GAER0_L、GAFR0_U、GAFR1_L、GAFR1_U、GAFR2_L、GAFR2_U。GAFR的的相邻两位对应于一根GPIO脚，记为AF位。两位AF可设置四种方式：普通GPIO和三种第二功能。另外GPIO方向寄存器GPDR可设置数据方向为输入或输出，这样最多可有六种第二功能。,P

16、XA250有22个中断源。中断控制器只支持单优先级中断，但各中断可设置IRQ或FIQ，而FIQ优先级高于IRQ。 中断控制器可分为两部分；第一部部分包含中断层蔽寄存器（ICMR）和中断状态寄存器（ICPR）等。第二部分为该中断的源器件的寄存器。,4.3.2 中断控制器,中断控制器寄存器,实时时钟（RTC）可设置产生周期性信号。一般RTC可设置产生一个1Hz输出，用作系统时间基准。它还有一个闹钟功能，可由RTC在预定时间产生中断或唤醒事件。,4.3. 3 实时时钟,RTC寄存器,PX250有一个32位操作系统定时器，它的时钟来自3.6864MHZ振荡器。,4.3.4 操作系统（OS）定时器,OS

17、定时器寄存器,脉冲宽度调制（PWM）可用来产生两个输出信号。它们基于3.6468MHZ时钟。PXA250有两路PWM：PWM0和PWM1。它们相互独立可从外部脚输出。 每个PWM包含： 1) 通过6位时钟分频和10位计数 器实现增强型周期控制。 2) 10位脉宽控制。,4.3.5 脉冲宽度调制,PWM寄存器,4. 4 DMA控制器,PXA250的DMA控制器（DMAC）有16通道DMA，可响应内部或外部设备的请求完成数据从主存贮器的读出和写入。,DMA描述,图5-5 DMAC框图,DMA通道分为四个组，每个组包含四个通道。在一个组中通道优先级为循环（round-robin）。组0（通道03）优

18、先级最高，组1（通道47）优先级高于组2（通道811）和3（通道1215）。宽带外围器件应程控为组0。存贮器传送和窄带外围器件应程控为组2或3。在所有通道同时运行时，每8次通道服务中4次为组0，2次为组1，其他为组2和3。,DMA优先级,内部外围器件通过外围总线连接至DMAC，使用流过（Flow-Through）数据传送。DMAC也能执行存贮器至存贮器的流过数据传送。直接连至外部数据脚上的外部器件，如辅助扩展芯片，必须使用流过数据传送。,DMA数据传输,DMAC工作于两种方式：描述器取入方式和非描述器取入方式。它由DCSRx的NODESCFETCH位决定。不同通道可同时使用两种方式。在从一种方

19、式切换为另一种方式时必须停止该通道。,DMA工作方式,DMAC一共有114个寄存器，包括DMA中断寄存器，每个DMA通道的控制/状态、描述器地址、源地址、目的地址、命令寄存器，每个请求源（共有33个）的通道映象寄存器。,DMAC寄存器,DINT只可读出，它锁存每个通道的中断状态。在发生下列情况时产生中断：发生相应通道有关的内部总线数据传送错误。现行传送成功结束，且DCMDx的ENDIRQEN位为1。成功装入现行描述器，且DCMDx的STARTIRQEN位为1。DCSRx的STOPIRQEN位为1，且相应通道处于非初始化或停止状态。,1. DMA中断寄存器（DINT）,位3116：保留位150：

20、CHLINTRx通道X中断（只读）0=无中断 1=通道X发生中断,2. DMA通道控制/状态寄存器（DCSRx）,每个DMA通道有一个DCSRx，x=015。,3. DMAZ请求至通道映象寄存器（DRCMRn）,每个DMA请示有一个DRCMRn寄存器，n=320。 ?,4. DMA描述器地址寄存器（DDADRx）,每个DMA通道有一个DDADRx，X=015。它为32位可读写寄存器，存放该通道的下一个描述器的存贮地址。,5. DMA描述器地址寄存器（DDADRx）,每个DMA通道有一个DSADRx和DTADRx,x=015。在描述器取入方式它们为只读，在非描述器取入方式它们可读写。它们为32位寄存器，但低2位必须为0，并且对外部器件，地址位3也必须为0。,6. DMA命令寄存器（DCMDx）,每个DMA通道有一个DCMDx。在描述器取入方式它为只读，在非描述器取入方式它可读写。,