基于ARM核和DSP核的OMAP5910嵌入式系统

发布者:静雅心灵最新更新时间:2014-03-08 来源: 中电网关键字:ARM核  DSP核  OMAP5910 手机看文章 扫描二维码
随时随地手机看文章
开放式多媒体应用平台(Open Multimedia Application Platform,OMAP)处理器系列包括应用处理器及集成的基带应用处理器,具有高性能、实时处理及超低功耗的特点,广泛应用于PDA、Web记事本、远程通信和医疗器械等。

OMAP5910处理器是由TI公司的应用最为广泛的TMS320C55x DSP内核与低功耗、增强型ARM925微处理器组成的双核应用处理器,是OMAP系列的最新成员。TMS320C55x系列可提供对低功耗应用的实时多媒体处理的支持,而ARM925 MPU 可满足控制和接口方面的处理需要。OMAP5910处理器同时拥有二种产品的最佳性能,包括TI TMS320C55x DSP内核的实时处理性能与低功耗、TI增强型ARM925微处理器的灵活性,且通过优化处理器间的通信机制,使设计者可同时享受这二种处理器的最大优点。基于双核结构,OMAP5910具有极强的运算能力和极低的功耗,一方面产品性能高、省电,另一方面同其他OMAP处理器一样,采用开放式、易于开发的软件设施,支持广泛的操作系统,如Linux、Windows、WinCE、Nucleus、Palm OS、VxWorks、Java等。此外,还可以通过API及用户熟悉且易于使用的工具优化其应用程序。

1  OMAP5910的结构及特点

OMAP的结构图如图1所示。



1.1 OMAP5910处理器的主要特点

(1)高性能。采用低功耗、高性能的32位ARM9TDMI内核和TMS320-C55x DSP内核,工作频率高达150MHz;采用5级的整数流水线结构;支持多媒体处理技术,采用的是TMS320C55x DSP内核,增强了对视频和音频的解码能力。

(2)低功耗。多电源管理模式,双内核电压供给为1.6V;ARM9TDMI内核具有16KB指令和8KB数据Cache,TMS320C55x DSP内核具有24KB的指令Cache;支持2.75V的存储器和3.3V的I/O接口。

(3)I/O扩展。有4个16位的FLASH/SRAM的存储空间,1个16位的SDRAM存储空间。

(4)外围控制接口。9通道系统可配置DMA控制器;LCD控制器,支持专用的LCD DMA方式,并支持STN(passive monochrome,俗称单彩)、TFT(active color,俗称真彩)、STN(passive color,俗称伪彩)显示;串行端口(3个UARTs、IrDA、I2C、3个McBSPs、2个MCSIs、MicrowireTM、PWT、PWL、uWire、HDQ/1-Wire);USB接口;支持MMC/SD卡。

(5)时钟控制。时钟源:32.768kHz的振荡器;12MHz/13MHz的振荡器;可编程的内核锁相环。

(6)电源管理。Awake模式(正常运行模式)、Big-sleep模式(省电模式)、Deep-sleep(省电模式)模式。

(7)封装形式。289脚GZG BGA封装或GDY BGA封装。1.2 TI925T(ARM9TDMI)内核

TI925T(ARM9TDMI)内核是采用5阶段管道化流水线32位的RISC处理器架构的体系结构,并采用ARM9作内核,同时配备Thumb扩展。它能够处理32位或者16位的指令和8位、16位、32位的数据。这款新型高性能、低功耗的微构架兼容ARMv4T指令集,并通过采用协处理器CP15使体系结构得到增强。系统中的控制寄存器可通过对协处理器CP15的读写来对MMU、Cache和读写缓存控制器进行存取操作。这种微构架在ARM核的周围提供了:指令与数据存储器管理单元,指令、数据和写缓冲器,性能监控、调试和JTAG单元以及协处理器接口,MAC协处理器和内核存储总线。

TI925T 的MMU具有2个64个项的转换旁路缓存器(TLB)用于指令和数据流,每项均可映射存储器的段、大页和小页。为了保证内核周期的存取指令和数据,TI925T包含了分别独立的1个16KB的指令Cache和8KB的数据Cache。二者独立的好处是可以在同一时钟周期内读取指令和数据,而不需要双端口的Cache。指令和数据Cache都是2路相互关联的Cache,以16B为1块进行操作,并采用最小最近使用(LRU)算法以刷新存储。另外,TI925T还提供了写缓冲的性能用于提升内核,其能够缓冲数据的容量高达17字。

1.3 TMS320C55x内核

TMS320C55x内核的主要特点是:有1个64×8位的缓存队列(Instruction Buffer Queue),2个17位×17位的乘法累加单元(MAC),1个40位的算术逻辑单元(ALU),1个16位的算术逻辑单元,1个40位的桶形移位器(Barrel Shifter)和4个40位的加法器。另外还有12条独立的总线,即:3条数据读总线,2条数据写总线,5条数据地址总线,1条程序读取总线和1条程序地址总线。此外,还有用户可以配置的IDLE域。内核主要由4个单元组成:指令缓冲单元(I单元)、程序流单元(P单元)、地址数据流单元(A单元)和数据运算单元(D单元)。

1.4 系统控制功能

OMAP5910微处理器的系统控制模块提供了实时时钟(RTC)、看门狗(WT)、中断控制器、功率管理控制器、复位控制器和2个片上振荡器。

1.5 时钟和电源管理

OMAP5910微处理器提供了2个振荡器以辅助管理电源耗损。设计系统时,在待机模式下可以直接关闭12MHz的振荡输入,只留下32kHz振荡器来维持系统运作。这样,不但可以保证系统运行,让需要维持运行的周边正常操作(例如用户可以通过Keypad等输入装置来唤醒整个系统),而且可以很容易地关闭大部分接口设备,达到控制电源耗损的目的。

电源管理有3种工作模式:Awake模式、Big sleep模式和Deep sleep模式。Awake模式下,整个芯片运行在峰值频率,32kHz振荡器和12MHz振荡器正常工作。当时钟请求时,可使能外围器件的12MHz时钟,并由ULPD DPLL或APLL产生48MHz时钟。当芯片产生IDLE请求时,芯片工作:在Big sleep模式下,DPLLs 1、内部12MHz时钟被关闭。在Deep sleep模式下,只有32kHz振荡器正常工作,整个系统工作将处于最低功耗状态。

1.6 EMIFS、EMIFF接口和存储器

在OMAP5910微处理器核心中,提供了2个扩充内存接口:EMIFS和EMIFF。EMIFS接口可以支持128MB的异步静态存储器(ASRAM)、FLASH和ROM。EMIFF接口可以设定为用来操作同步动态存储器(SDRAM),其寻址空间高达128MB。这2个内存接口都是独立运作,可以同时经由微处理器核心存取数据,也可以利用直接内存存取(DMA)数据。另外还有一个内部存储器区(IMIF接口的SRAM),用来连接OMAP5910微处理器内部的内存,实现常用的数据存取,如用作微处理器液晶屏幕显示的图像缓冲器。而内存间数据传输的控制则由Traffic Controller(流量控制器)来控制,Traffic Controller会对各种传输需求依设定的优先级来执行数据的传送。

1.7 外围控制模块

OMAP5910微处理器有9个独立通道和7个接收/发送端口的DMA控制器。DMA控制器可响应内部和外部设备的请求,在MPU TI925T(ARM9TDMI)运行条件下,完成外部寄存器、内部寄存器和外部设备之间的数据传输。系统DMA的设置取决于MPU TI925T(ARM9TDMI)内核。

此外,OMAP5910微处理器还有一个独立的DMA通道供LCD控制器专用。LCD控制器提供了支持被动彩色方式STN(伪彩)和主动彩色方式TFT(真彩)显屏接口,并支持被动单色STN格式。OMAP5910拥有自己专用的通道DMA控制器来控制面板的显示,所支持的最大显示分辨率为1024×1024象素,在单色模式下,能支持15级灰度。在STN显示模式下,彩色显示最高支持3 375种颜色;而在TFT显示模式下,彩色显示最高支持65 536种颜色。LCD控制器将帧缓存中的象素编码值对应12位宽的256个入口的调色板RAM,并根据数据宽度决定彩色的数量。通常可选用片内共享的SRAM或者通过EMIFF接口选用外部SDRAM来当作帧缓存器(为优化性能推荐选用片内共享的SRAM)。

OMAP5910微处理器支持的串口包括:基于通用串行总线2.0版本和开放式主机控制接口1.0a版本的USB Function and Host模块接口;3个通用异步收发口(UARTs),其中2个UARTs具有自动调节波特率的性能,其波特率调节范围在1 200bps~115.2kbps之间,而另外1个URAT通常用作一般的URAT或者用作IrDA接口使用;3个多通道缓冲串行口(McBSPs)可提供高达128个通道的高速、全双工通信的串行接口,可直接与T1/E1调帧器相连接,并支持兼容MVIP、ST-BUS、IOM2、AC97、I2S等协议的设备;2个多通道串行口(MCSI)提供了全双工通信以及对主/从时钟的控制功能,同时为TMS320C55x 内核对外部设备如:多媒体数字音频解码编码器或其他模拟转换器等的访问提供便利的通信接口;基于Philips I2C-BUS 2.1版本的I2C Master/Slave接口(支持多主机(Multimaster)模式),即在I2C总线上的设备(包括OMAP5910在内)都可充当接收机或发送机;支持MMC/SD或SPI协议并传输串行数据的MMC/SD卡接口和1个SPI接口。

2  OMAP5910在多媒体通信技术中的应用和开发

随着通信技术的发展,新一代移动通信设备所提供的服务不仅是话音通信,而且包括移动电子商务、语音识别、音频和活动视频流等复杂的业务。因此新的移动通信设备需要具有更强大的信号处理能力和寿命更长、体积更小的电池。这对于设备制造商来说,就需要有一个既高效又节能的系统解决方案。由TI公司推出的面向3G(第三代)无线终端的开放式的多媒体应用平台(OMAP)就是能满足上述需求的一个较好的解决方案。

OMAP架构的微处理器核心中,以OMAP5910为例,采用了双处理器的结构,即将高性能、超低功耗的TMS320C55x核与增强型的RISC ARM9TDMI处理器相结合的结构,即采用DSP进行音/视频信号处理,而RISC处理器起系统控制的作用。这种结构有利于在减少功耗的前提下最大限度地提高3G终端系统的整体性能。通过比较和测试,在相同的信号处理任务下,单独的RISC处理器上执行所需的时钟周期数是TMS320C55x的3倍,其功耗是TMS320C55x的2倍。而TMS320C55x则不同,因其强大的数字信号处理能力使OMAP平台非常适合多媒体视频和音频的处理,能够充分实现支持未来采用MPEG4视频的3G无线通信协议,且其多媒体通信OMAP的核包括了2个外部存储器接口和1个内部存储器接口,以及一些与片内外设或外部设备连接的接口等。

与2G(第二代)手机中大量使用的C54x核相比,OMAP的DSP具有2个主要特点:(1)假设大多数2G手机的功能是固定的,软件存储在片内ROM之中可以直接执行,则OMAP会支持动态的应用环境,且软件可以从片外下载,并通过片内高速指令缓冲存储器来执行。这就意味着带有一个DSP实时操作系统,就可以管理不断变化的信息负荷。(2)支持一系列半定制可编程硬件协处理器。在特定应用中,采用这种方案可以显著提高性能、功率和效率。例如在电视会议具体的OMAP的体系结构中,可以利用3个视频协处理器(分别负责运动估计、DCT和反DCT变换计算及半象素内插)与DSP配合工作,用以实现CIF帧(处理速度为每秒10帧)的MPEG4编解码,进而可以降低50%的DSP负荷,使DSP能同时处理其他业务。

OMAP平台所具有的上述2个特点使其可以提供一种新的功能,即动态下载和升级。通过下载应用程序可以为手机添加新的功能,如同今天的PC用户一样可从互联网上下载应用程序。当然,这种动态下载需要DSP提供可编程的性能并得到OMAP平台应用程序接口(API)的支持。

在OMAP系统中还提供了一个DSP/BIOS桥,极大地增加了OMAP的功能和易用性,为应用程序设计者提供了通用处理器与DSP任务之间沟通的桥梁,因而可以在OMAP平台开发环境下与在单DSP处理器环境下一样进行开发和调试,而开发者都无需对2个处理器进行单独编程,无需面对不同的编程语言环境等。因此熟练的DSP程序设计者能够迅速地适应和掌握那些用于OMAP结构上的技术,而缩短产品的开发时间。基于OMAP平台,用户能够开发出众多的应用软件,例如调制解调器功能和语音识别、安全算法和语音、视频流等2.5G(2.5代)、3G应用所要求的信号处理能力。

3  结束语

OMAP5910 处理器已在 2.5G/3G 手持终端及 PDA 市场上具有强劲的发展势头。目前已经有爱立信、诺基亚、索尼、Handspring等厂商选择了TI基于C55x的OMAP硬件和软件构架,作为3G手机的处理器引擎。OMAP平台也得到了微软Window CE操作系统、Sybian的EPOC操作系统和SUN的Java 2平台的支持,因此几乎能对所有2G、2.5G和3G的无线通信协议进行兼容。在我国具有自主知识产权的TD-SCDMA 3G标准终端的研制中也采用了基于C55xS的基带信号处理技术。OMAP5910 处理器将 OMAP 平台固有的优势进一步扩展到了诸如数字媒体、生物特征识别、定位服务、增强型游戏及远程通信等新的客户、商业及工业应用领域。

参考文献
1   TI公司.OMAP5910 Dual-Core Processor Data Manual.2003
2   TI公司.OMAP5910 Dual-Core Processor DSP Subsystems Reference Guide.2003
3   TI公司.OMAP5910 Dual-Core Processor MPU Subsystems Reference Guide.2003
4   TI公司.OMAP5910 Dual-Core Processor Technical Reference Manual.2002
5   http://www.omap.com.Multimedia Technologies on Terminals Based on the OMAPTM Platform.White paper SWPyoob-June,2002
6   探矽工作室.嵌入式系统开发圣经(第二版).北京:中国铁道出版社,2003
关键字:ARM核  DSP核  OMAP5910 引用地址:基于ARM核和DSP核的OMAP5910嵌入式系统

上一篇:基于DDS+PLL高性能频率合成器的设计与实现
下一篇:BF51x DSP处理器超越MCU方案

推荐阅读最新更新时间:2024-05-02 23:01

基于ARM嵌入式微处理器的以太网应用
1 引言 随着微电子技术和计算机技术的发展,嵌入式技术得到广阔的发展空间,特别是进入20世纪90年代以来,嵌入式技术的发展和普及更为引人注目,已经成为现代工业控制、通信类和消费类产品发展的方向,在通信领域,众多网络设备如VOIP,WirelessLAN,ADSL等都包含有大量嵌入式技术的成份,广播电视在向数字化的趋势发展,DVB,DAB技术也逐渐在全面推广起来,个人消费类产品,如PDA、数码相机、MP3播放器等产品都离不开嵌入式技术的支持,嵌入式技术在ATM、可视电话、汽车的ABS等产品中也都有大量的应用,此外,军事领域之中也处处可见嵌入式技术的身影,如单兵信息终端,便携式保密机,战场指挥系统等,可以说,嵌入式系统已经渗透到人
[应用]
ARM流水线——ARM7,ARM9E,ARM11,Cortex-A系列处理器
本文主要介绍ARM7,ARM9E,ARM11以及Cortex-A系列处理器的流水线,从指令读取fetch,指令解码decode到指令执行的各个阶段。 参考ARM的网站http://www.arm.com/about/company-profile/index.php,ARM公司成立于1990年,目前已经销售了超过150亿个芯片,并向超过200多加公司销售了超过600个处理器的授权,目前全世界有超过95%的手机以及超过25%的消费电子产品使用ARM作为处理器核心。 ARM(Advanced RISC Machines)是专注于RISC(Reduced Instruction Set computer)架构的处理器公司,最早的ARM1
[单片机]
基于ARM7 TDMI的MCU ADuC7020的单电源心电检测系统设计
本文给出的设计采用单电源供电,可以解决上述问题并降低产品成本,同时该设计还在基于ARM核的嵌入式系统中采用了简单实用的算法,能快速准确定位QRS复波(即计算人的心率)。该设计面向广大家庭用户而设计,体积较小,只需要一台个人电脑与之连接,便可实时地操作、观测心电信号。 心电信号采集系统的基本架构如图1所示。人体的心电信号经电极和专用导联线从人体送至系统。通过滤波和放大调节电路,微弱的心电信号被放大到合适的幅值,并处于A/D转换范围之内。 系统的控制和数据的处理由ADI公司基于ARM7 TDMI核的MCU ADuC7020来完成。这款芯片有丰富的片内外围电路,处理速度高达40MIPS,A/D转换速度可达1MSPS,具有很
[单片机]
基于<font color='red'>ARM</font>7 TDMI<font color='red'>核</font>的MCU ADuC7020的单电源心电检测系统设计
NXP宣布推出基于ARM968的微控制器系列
恩智浦半导体(NXP Semiconductors,由飞利浦创建的独立半导体公司),近日推出了全新的LPC292x系列微控制器。在工业网络、报警系统和电机控制应用方面,125MHz的LPC292x系列是目前市场上最快的ARM968微控制器。在已有的LPC291x系列基础上,恩智浦现提供LPC292x微控制器系列的7个新产品,为市场上这个ARM微控制器的最大系列增添新成员。   在给客户们提供无以伦比的操作速度之余,LPC292x系列也包括几个以前在ARM968 MCU中未有过的特性,例如USB Host/On-The-Go/Device、16KB EEPROM、5V ADC、带RS485和LIN支持的UART、正交编码器接口和电
[单片机]
μCOSII在基于Cortex-M3ARM处理器上的移植
目前,嵌入式技术已被广泛应用到汽车电子、无线通信、数码产品等各个领域。嵌入式操作系统及嵌入式处理器技术发展迅猛,嵌入式操作系统典型代表有μCOS—II、μClinux、Winclow CE、VxWorks等;嵌入式处理器包括ARM、MIPS、PowerPC等。随着软硬件技术的发展,人们开始意识到基于嵌入式操作系统的程序开发模式的便利性及可靠性,并且在程序开发过程中开始倾向于从传统超循环开发模式转向基于嵌入式操作系统的开发模式。 1 软硬件开发环境及处理器介绍 1.1 软件硬开发环境 本移植过程使用的软件环境是RealView MDK开发套件,此产品是ARM公司最新推出的针对各种嵌入式处理器的软件开发工具,该开发套件功能强
[单片机]
μCOSII在基于Cortex-M3<font color='red'>核</font>的<font color='red'>ARM</font>处理器上的移植
基于ARM的Intel XScale嵌入式系统
摘要: 简要介绍Intel XScale的特点以及与Intel StrongARM的区别;重点介绍PXA250处理器和PCM-7210单板计算机的结构、功能和接口特性。 关键词: XScale ARM核 PXA250 PCM-7210 1 简 介   Intel XScale微体系结构提供了一种全新的、高性价比、低功耗且基于ARMv5TE体系结构的解决方案,支持16位Thumb指令和DSP扩充。基于XScale技术开发的微处理器,可用于手机、便携式终端(PDA)、网络存储设备、骨干网(BackBone)路由器等。Intel PXA250微处理器芯片就是一款集成了32位Intel XScale 处理器核、多通信信道、LCD控制
[嵌入式]
CEVA携DSP厚望中国消费电子市场
  DSP核的领导厂商CEVA正在加强其在亚太地区的业务能力,在上海举行的IIC上,该公司表示,鉴于中国市场CEVA客户以及合作伙伴数量的不断增长,该公司已经在不久前于上海设立了其在中国大陆的第一个办事处,从而为更多的本土客户进行技术支持。   “在过去的两年当中,中国市场正在变得日益成熟。本土工程师的技术能力也在迅速提高。另外,越来越多的管理人员正在从硅谷源源不断的涌入中国。”最新上任的CEVA公司亚太区副总裁Gweltaz Toquet在日前举行的IIC上海站上表示,“如果说两年前我们还不能确定上述事实的话,那么现在无疑是说‘是’的时候了。”   “CEVA参加IIC的历史可以上溯到2004年。我们每一年的参展规模都比之前
[嵌入式]
芯原ZSP G4 DSP架构和ZSP981 低功耗且性能提升了17倍
    为客户提供定制化芯片解决方案和半导体IP的世界领先的IC设计代工公司芯原股份有限公司(芯原)今天宣布推出第四代ZSP架构(ZSP G4)和ZSP G4家族的第一个成员ZSP981数字信号处理器(DSP)核。除了与上一代架构兼容,ZSP G4架构还引入了矢量计算能力,并提供更高带宽的接口和更多的执行资源。相较于第三代ZSP核,与无线通信专家合力开发的ZSP981在满足移动设备所需的低功耗的同时,将性能提升了17倍。ZSP981为通信基带开发者提供了优秀的可编程信号处理能力以支持含LTE-Advanced(LTE-A)、802.11ac等在内的新兴无线通信技术。 21ic讯 ZSP G4架构下的IP核组合涵盖从4-issu
[嵌入式]
小广播
最新嵌入式文章
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京B2-20211791 京ICP备10001474号-1 电信业务审批[2006]字第258号函 京公网安备 11010802033920号 Copyright © 2005-2024 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved