ARM與DSP雙核組成的OMAP5910嵌入式系統(tǒng)分析

開放式多媒體應用平臺（Open Multimedia Application Platform，OMAP）處理器系列包括應用處理器及集成的基帶應用處理器，具有高性能、實時處理及超低功耗的特點，廣泛應用于PDA、Web記事本、遠程通信和醫(yī)療器械等。
　　OMAP5910處理器是由TI公司的應用最為廣泛的TMS320C55x DSP內核與低功耗、增強型ARM925微處理器組成的雙核應用處理器，是OMAP系列的最新成員。TMS320C55x系列可提供對低功耗應用的實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品的最佳性能，包括TI TMS320C55x DSP內核的實時處理性能與低功耗、TI增強型ARM925微處理器的靈活性，且通過優(yōu)化處理器間的通信機制，使設計者可同時享受這二種處理器的最大優(yōu)點。基于雙核結構，OMAP5910具有極強的運算能力和極低的功耗，一方面產品性能高、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)化其應用程序。
　　1 OMAP5910的結構及特點
　　OMAP的結構圖如圖1所示。
　　
　　1.1 OMAP5910處理器的主要特點
　?。?）高性能。采用低功耗、高性能的32位ARM9TDMI內核和TMS320-C55x DSP內核，工作頻率高達150MHz；采用5級的整數流水線結構；支持多媒體處理技術，采用的是TMS320C55x DSP內核，增強了對視頻和音頻的解碼能力。
　?。?）低功耗。多電源管理模式，雙內核電壓供給為1.6V；ARM9TDMI內核具有16KB指令和8KB數據Cache，TMS320C55x DSP內核具有24KB的指令Cache；支持2.75V的存儲器和3.3V的I/O接口。
　?。?）I/O擴展。有4個16位的FLASH/SRAM的存儲空間，1個16位的SDRAM存儲空間。
　?。?）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。
　?。?）時鐘控制。時鐘源：32.768kHz的振蕩器；12MHz/13MHz的振蕩器；可編程的內核鎖相環(huán)。
　　（6）電源管理。Awake模式（正常運行模式）、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）內核
　　TI925T（ARM9TDMI）內核是采用5階段管道化流水線32位的RISC處理器架構的體系結構，并采用ARM9作內核，同時配備Thumb擴展。它能夠處理32位或者16位的指令和8位、16位、32位的數據。這款新型高性能、低功耗的微構架兼容ARMv4T指令集，并通過采用協處理器CP15使體系結構得到增強。系統(tǒng)中的控制寄存器可通過對協處理器CP15的讀寫來對MMU、Cache和讀寫緩存控制器進行存取操作。這種微構架在ARM核的周圍提供了：指令與數據存儲器管理單元，指令、數據和寫緩沖器，性能監(jiān)控、調試和JTAG單元以及協處理器接口，MAC協處理器和內核存儲總線。
　　TI925T 的MMU具有2個64個項的轉換旁路緩存器（TLB）用于指令和數據流，每項均可映射存儲器的段、大頁和小頁。為了保證內核周期的存取指令和數據，TI925T包含了分別獨立的1個16KB的指令Cache和8KB的數據Cache。二者獨立的好處是可以在同一時鐘周期內讀取指令和數據，而不需要雙端口的Cache。指令和數據Cache都是2路相互關聯的Cache，以16B為1塊進行操作，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核，其能夠緩沖數據的容量高達17字。
　　1.3 TMS320C55x內核
　　TMS320C55x內核的主要特點是：有1個64×8位的緩存隊列（Instruction Buffer Queue），2個17位×17位的乘法累加單元（MAC），1個40位的算術邏輯單元（ALU），1個16位的算術邏輯單元，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條獨立的總線，即：3條數據讀總線，2條數據寫總線，5條數據地址總線，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）、地址數據流單元（A單元）和數據運算單元（D單元）。