回顧第五章ARM及Xscale體系結(jié)構(gòu)ppt課件

1、回想第五章第五章 ARMARM及及XscaleXscale體系構(gòu)造體系構(gòu)造n5.1 RISC 5.1 RISC 與與 CISCCISCn5.2 5.2 處置器總線構(gòu)造與處置器總線構(gòu)造與ARMARM總線總線n5.3 ARM5.3 ARM處置器的存儲(chǔ)器層次處置器的存儲(chǔ)器層次n5.4 ARM5.4 ARM的的I/OI/O與中斷處置與中斷處置n5.5 ARM5.5 ARM處置器的存放器組織處置器的存放器組織n5.6 ARM5.6 ARM處置器處置器CPUCPU組織構(gòu)造組織構(gòu)造n5.7 5.7 基于基于JTAGJTAG的的ARMARM調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)n5.8 ARM5.8 ARM系列綜述系列綜述5.7

2、5.7 基于基于JTAGJTAG的的ARMARM調(diào)試調(diào)試系統(tǒng)系統(tǒng)JTAG規(guī)范ARM的JTAG 調(diào)試構(gòu)造1. 傳統(tǒng)調(diào)試工具遇到的挑戰(zhàn)nSOC高度集成，很多動(dòng)作無法在外部管腳表達(dá)n深度嵌入，軟件越來越復(fù)雜n無法實(shí)時(shí)跟蹤、硬件斷點(diǎn)無法設(shè)置n片上調(diào)試技術(shù)的代表-JTAG調(diào)試接口2. JTAG邊境掃描測試接口nIEEE1149規(guī)范，由結(jié)合測試活動(dòng)組Joint Test Action Group開發(fā)的針對(duì)PCB 規(guī)范測試訪問接口和邊境掃描構(gòu)造的規(guī)范。n該規(guī)范被擴(kuò)展到了面向用戶對(duì)芯片上 電路進(jìn)展測試的接口，因此在VLSI測試中有所運(yùn)用。n邊境掃描：n運(yùn)用途置器上的JTAG接口提供驅(qū)動(dòng)與采樣設(shè)備外部管腳的方法

3、，并且JTAG驅(qū)動(dòng)與處置器核形狀無關(guān)。3. JTAG邊境掃描測試接口構(gòu)造nJTAG接口規(guī)范描畫了5引腳串行協(xié)議，用于數(shù)字電路引腳信號(hào)電平訪問和控制；nJTAG構(gòu)造在系統(tǒng)中的鏈接。4. JTAG接口構(gòu)造闡明nTAP測試訪問端口管腳n五個(gè)輸入輸出管腳nTAP控制器n用一個(gè)同步形狀機(jī)來控制和訪問嵌入在ARM處置器核內(nèi)部的測試功能電路；n同步形狀機(jī)實(shí)現(xiàn)IEEE 1149.1 規(guī)定的測試邏輯電路的任務(wù)時(shí)序。n指令存放器n串行移位存放器，經(jīng)過串行輸入執(zhí)行各種操作的指令。n測試數(shù)據(jù)存放器組n一組串行移位存放器，操作指令被串行裝入由當(dāng)前指令所選擇的數(shù)據(jù)存放器。5. Embedded-ICE模塊 n該模塊用來監(jiān)

4、控指令存儲(chǔ)器接口和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)接口n包含2個(gè)硬件斷點(diǎn)/察看點(diǎn)單元存放器和控制形狀存放器。n模塊構(gòu)造nEmbedded-ICE邏輯中的存放器地址為5位，經(jīng)過掃描鏈2實(shí)現(xiàn)對(duì)其讀寫。n當(dāng)察看點(diǎn)存放器值與地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)匹時(shí)，察看點(diǎn)存放器能終止ARM處置器的運(yùn)轉(zhuǎn)。n察看點(diǎn)單元n由數(shù)據(jù)、指令和控制存放器組 組成；n每組包含一個(gè)數(shù)據(jù)存放器和一個(gè)屏蔽存放器。n可允許/制止斷點(diǎn)、設(shè)置數(shù)據(jù)/指令斷點(diǎn)n配置察看點(diǎn)地址存放器，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序的指令/數(shù)據(jù)地址與其匹配時(shí)，停頓程序的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入調(diào)試；n配置察看點(diǎn)數(shù)據(jù)存放器，當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)程序數(shù)據(jù)/指令的值與其匹配時(shí)，停頓程序的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入調(diào)試；6. ARM內(nèi)核調(diào)試通道n包含有Embed

5、ded ICE模塊的基于ARM的SOC芯片經(jīng)過JTAG調(diào)試端口與宿主相連。經(jīng)過配置，支持正常的斷點(diǎn)、察看點(diǎn)以及處置器和系統(tǒng)形狀訪問，完成調(diào)試。n為實(shí)時(shí)跟蹤代碼運(yùn)轉(zhuǎn)過程，ARM提供跟蹤宏單元ETMEmbedded Trace Microcell，經(jīng)過嵌入式實(shí)時(shí)跟蹤系統(tǒng)，實(shí)時(shí)察看其操作過程，對(duì)運(yùn)用程序調(diào)試更全面、客觀。nEmbedded ICE 和ETM構(gòu)成ARM完好的調(diào)試、實(shí)時(shí)跟蹤方案，有效降低了開發(fā)本錢。7. ARM實(shí)時(shí)調(diào)試系統(tǒng)組織ARM核核嵌入式嵌入式跟蹤宏單元跟蹤宏單元EmbeddedICEJTAG TAPJTAG 端口端口Embedded控制器控制器跟蹤端口跟蹤端口分析器分析器跟蹤跟蹤

6、端口端口SOC主控主控系統(tǒng)系統(tǒng)8. ARM調(diào)試系統(tǒng)特點(diǎn)nEmbedded ICE模塊經(jīng)過JTAG端口和協(xié)議轉(zhuǎn)換器與宿主機(jī)銜接，可以小的硬件代價(jià)得到完全的源代碼級(jí)調(diào)試功能。nETM對(duì)實(shí)時(shí)操作進(jìn)展調(diào)試。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ETM產(chǎn)生對(duì)處置器地址、數(shù)據(jù)及控制總線的跟蹤，來獲得CPU的全速操作情況。n實(shí)時(shí)調(diào)試將產(chǎn)生大量信息，ETM用數(shù)據(jù)緊縮技術(shù)將Trace信息緊縮，然后送到片外。9. ARM處置器形狀間轉(zhuǎn)換n形狀轉(zhuǎn)換的硬件支持n任務(wù)時(shí)鐘或存儲(chǔ)器時(shí)鐘MCLK/GCLK；nTCK 產(chǎn)生的調(diào)試時(shí)鐘DCLK；nEmbedded-ICE中的調(diào)試形狀存放器；n判別系統(tǒng)形狀nEmbedded-ICE或外部調(diào)試邏輯發(fā)出調(diào)試中斷

7、懇求DBGACK是，系統(tǒng)將停頓程序正常運(yùn)轉(zhuǎn)，將時(shí)鐘切換到調(diào)試時(shí)鐘，進(jìn)入調(diào)試形狀。n掃描鏈的第33位置高，其后指令以系統(tǒng)速度運(yùn)轉(zhuǎn)。將RESTART指令裝入TAP控制器，當(dāng)TAP進(jìn)入Run-Test/Idle形狀時(shí)，ARM自動(dòng)前往到存儲(chǔ)器時(shí)鐘，以系統(tǒng)速度執(zhí)行指令。10. ARM的JTAG仿真器n即ARM的基于JTAG接口的OCD，是經(jīng)過ARM芯片的JTAG邊境掃描口進(jìn)展調(diào)試的設(shè)備。n經(jīng)過JTAG口與ARM的CPU進(jìn)展通訊，不運(yùn)用片上資源，不占用目的系統(tǒng)的I/O端口。仿真更加接近于目的硬件。n可經(jīng)過并口、串口、USB口等于宿主PC通訊。JTAG仿真器的銜接LPC2210芯片的芯片的ARM調(diào)試構(gòu)造調(diào)試

8、構(gòu)造5.8 ARM系統(tǒng)綜述1. ARM系列核命名規(guī)那么ARM7TDMIARM7 32位ARM體系構(gòu)造4T版本；T Thumb 16位緊縮指令集；D 支持片上 Debug，使處置器可停頓以相應(yīng)調(diào)試懇求；M 加強(qiáng)型乘法器；I EmbeddedICE硬件，以支持?jǐn)帱c(diǎn)和察看點(diǎn)2. ARM CPU開展道路圖3. Intel Xscale處置器系列3.1 第一代： StongARM系列處置器 n2019年intel公司的挪動(dòng)芯片產(chǎn)品n處置器主頻從100206mhz n主要型號(hào)有： StrongARM SA110，SA-100 n開創(chuàng)了高性 能挪動(dòng)芯片的先河 n缺陷：功耗過大，主頻提升困難 3.2 第二代：

9、 Xscale系列n四大分支領(lǐng)域：nPXAnIXPnIOPnIXC 常見于PDA、智能手機(jī)運(yùn)用 是設(shè)計(jì)成網(wǎng)絡(luò)處置器的產(chǎn)品。主要運(yùn)用在VoIP設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，路由器，WIFI無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品中。被設(shè)計(jì)來允許計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)和提高設(shè)備性能的。時(shí)鐘頻率從100 MHz到800 MHz不 等。 IXC是低于PXA的一個(gè)檔次，運(yùn)轉(zhuǎn)在266, 400, 533 MHz, 它也是設(shè)計(jì)為低電 耗，533 MHz主頻時(shí)功率是 2.4 W。芯片采用了35 mm 的PBGA封裝。 八種系列處置器：IXP420, IXP421, IXP422, IXP423, IXP425, IXP455, IXP460, 和

10、IXP465.IOP 7個(gè)型號(hào): IOP303, IOP310, IOP321, IOP331, IOP332, IOP333。3.3 Intel PXA系列nPXA210 ：n是Intel的入門級(jí)準(zhǔn)XScale，目的是挪動(dòng)運(yùn)用n頻率到達(dá)了133 MHz 和200 MHz。n在2019年就迅速被PXA250取 代 nPXA25x ：包括 PXA250和 PXA255 nIntel正式第一代XScale處置器；n有三種主頻選 擇：200 MHz、300 MHz和400 MHzn2019年，版本為C0的PXA250更名為PXA255。主要不同是雙總線使數(shù)據(jù)傳輸更快，低電 壓1.3 V 400 MH

11、z和回寫數(shù)據(jù)緩存功能。 3.4 Intel PXA系列 2nPXA26x：n時(shí)鐘主頻與上一代PXA25x一樣， 但PXA260采用了TPBGA封裝，這種封裝比PXA25x的PBGA 封裝小了53%。給低電耗、小空間的智能和PDA消費(fèi)群帶來了較理想的處理方案。nPXA261，PXA262，PXA263在TPBGA封裝技術(shù)的同時(shí)又在CPU中集成了Flash 閃存 ：nPXA261集成了16 M的16位閃存nPXA262集成了32 M的16位閃存nPXA263集成了32 M的32位閃存。 3.5 Intel PXA系列 3nPXA27x：PXA270/PXA271/PXA272 nXScale家族的

12、高端處置器n采用0.18制造工藝，融入SpeedStep的CPU動(dòng)態(tài)調(diào)理省電技術(shù)，參與對(duì)無線MMX技術(shù)支持，內(nèi)部也運(yùn)用了256K SRAM 減少電耗和延遲。主頻最高將能到達(dá)1G nPXA270/PXA271/PXA272 區(qū)別：nPXA270可以運(yùn)轉(zhuǎn)在312 MHz, 416 MHz, 520 MHz 和624 MHz，沒有包含閃存。nPXA271可以運(yùn)轉(zhuǎn)在312 MHz，416 MHz，并且包含有32M的16位Flash閃存和32M的16位SDRAM內(nèi)存。 nPXA272可以運(yùn)轉(zhuǎn)在312 MHz, 416 MHz 或520 MHz ，并且包含有64M的32位Flash閃存。 3.6 Inte

13、l PXA系列 4n2019年11月， Marvell公司推出基于第三代Intel XScale技術(shù)的運(yùn)用途置器， “PXA3xx系列。n PXA3xx：n高端PXA320(代號(hào)Monahans-P)，頻率806MHz，二級(jí)緩存 256KB，32位DDR接口，09年相關(guān)產(chǎn)品問世；nPXA300/PXA310頻率都是624MHz，兼容PXA320； n均支持智能電源管理技術(shù)Wireless Intel SpeedStep；nMusicMax技術(shù)可以保證MP3聯(lián)絡(luò)播放時(shí)間長達(dá)30小時(shí)；nVideoMax技術(shù)那么可以30FPS的幀率流暢傳輸或播放D1分辨率的H.264視 頻。nPXA3xx還支持?jǐn)?shù)碼

14、攝像頭，最高像素500萬，并有圖像穩(wěn)定器等高級(jí)特性。 4. ARM系列核概述CPU核應(yīng)用CPU組織存儲(chǔ)器組織總線組織實(shí)現(xiàn)工藝ARM7TDMIARM710TARM720TARM740T1. 3級(jí)指令流水2. 馮-諾曼結(jié)構(gòu)（統(tǒng)一Cache）3. 支持16位Thumb指令集4. 主頻能達(dá)130MIPS性能1. 8K統(tǒng)一Cache；2. 4路組關(guān)聯(lián)；3. 隨機(jī)替換算法；4. 寫直達(dá)策略5. MMU協(xié)處理器（710T/720T）6. 存儲(chǔ)保護(hù)單元（740T）7. 寫緩沖器AMBA總線接口提供：0.25，0.18，0.13的生產(chǎn)工藝ARM9TDMI（相同工藝下，性能為ARM7TDMI大約2倍）ARM920

15、TARM922TARM940T1. 5級(jí)指令流水2. Harvard結(jié)構(gòu)（分離Cache）3. 支持16位Thumb指令集4. 主頻能達(dá)300MIPS性能5. 提供協(xié)處理器接口，可支持片上浮點(diǎn)協(xié)處理器、DSP處理器等硬件加速；對(duì)于920T/922T：1. 16KB指令和數(shù)據(jù)Cache，64路組聯(lián)分段式CAM-RAM；（920T/922T）2. 4KB指令和數(shù)據(jù)Cache，全相關(guān)CAM-RAM（940T）3. 偽隨機(jī)或循環(huán)替換策略；4. MMU+寫緩沖（920T）5. 存儲(chǔ)保護(hù)單元+寫緩沖；（940T）AMBA總線接口提供：0.18，0.15，0.13的生產(chǎn)工藝ARM10TDMI（相同工藝下，性

16、能為ARM9TDMI大約2倍）ARM1020EARM1022EARM1026EJ-S1. 6級(jí)指令流水2. Harvard結(jié)構(gòu)（分離Cache）3. 支持16位Thumb指令集4. 主頻能達(dá)400MIPS性能5. 支持DSP指令集（VFP10浮點(diǎn)協(xié)處理器）6. 并行Load/Store 部件1. 32K數(shù)據(jù)和指令Cache，均為64路相聯(lián)段式CAM-RAM結(jié)構(gòu)；2. Cache的數(shù)據(jù)總線64位；3. 數(shù)據(jù)Cache采用寫回策略；指令Cache只讀。4. 8+4片寫緩沖器；5. MMU；AMBA AHB總線接口兼容提供：0.18，0.15，0.13的生產(chǎn)工藝3. ARM系列核概述 續(xù)CPU核核應(yīng)

17、用應(yīng)用CPU組織組織存儲(chǔ)器組織存儲(chǔ)器組織總線組織總線組織實(shí)現(xiàn)工藝實(shí)現(xiàn)工藝StrongARMSA-1101. 5級(jí)指令流水2. Harvard結(jié)構(gòu)（分離Cache）3. 主頻在160200M時(shí)，性能達(dá)200250MIPS；4. 低功耗，0.51W，1.652V工作電壓下；1. 16K數(shù)據(jù)和指令Cache，均為32路相聯(lián)段式CAM-RAM結(jié)構(gòu)；2. 數(shù)據(jù)Cache采用寫回策略；指令Cache只讀。3. 寫緩沖器；4. MMU；Intel IX- BUS 總線接口提供：0.35，0.28生產(chǎn)工藝XScale（相同工藝下，性能為StrongARM大約2倍）Intel PX250/260系列1. 7級(jí)指

18、令流水2. Harvard結(jié)構(gòu)（分離Cache）3. 動(dòng)態(tài)電源管理，主頻可達(dá)1G；4. 性能最高能達(dá)1200MIPS；5. 低功耗，1.6W（最高性能下）6. 增加MAC和DSP協(xié)處理器CP0，提高對(duì)多媒體支持。1. 數(shù)據(jù)和指令Cache增加到32KIntel IX-BUS總線提供：0.18，0.13生產(chǎn)工藝小 結(jié)TAP測試訪問端口管腳信號(hào)名稱管腳名管腳類型功能定義測試時(shí)鐘TCK輸入測試時(shí)鐘?？刂芓DI/TDO串行移入/移出數(shù)據(jù)或指令；為TAP狀態(tài)機(jī)提供時(shí)鐘。測試模式選擇TMS輸入控制測試接口狀態(tài)機(jī)的操作測試數(shù)據(jù)輸入TDI輸入測試輸入。其串行輸入數(shù)據(jù)送至邊界掃描寄存器或指令寄存器。測試數(shù)據(jù)輸出TDO輸出把從邊界掃描鏈采樣的數(shù)據(jù)傳送至串行測試電路中的下一個(gè)芯片。異步復(fù)位nTRST輸入測試復(fù)位輸入信號(hào)：測試接口初始化TAP控制器的16形狀的有限形狀機(jī)指令存放器n存放器中的指令碼選擇公用的測試操作。n指令存放器是一個(gè)5位串行移位存放器。當(dāng)TAP控制器處于Shift_IR態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù)經(jīng)過TDI管腳