EP7209 ARM單芯片系統功能特征及其嵌入式應用簡(jiǎn)介

　一、功能框圖及功能塊描述

EP7209是世界上第一片既支持流行的MP3標準,也支持諸如Microsoft Audio等快速涌現的互聯(lián)網(wǎng)音頻壓縮標準的數字音頻解碼器片上系統。
圖1是EP7209的功能框圖。由圖1可知EP7209含有如下功能塊。
　　基于ARM核的音頻解碼器單芯片系統1
　?。?）ARM720T處理器含有如下功能子塊：
　?、?ARM7TDMI CPU核。該CPU核支持Thumb指令集、核調試、增強的乘法器、JTAG以及嵌入式ICE。它的時(shí)鐘速率可編程為18MHz、36MHz、49MHz、74MHz。
　?、?內存管理單元（MMU）與ARM710核兼容,并增加了對Windows CE的支持。該內存管理單元提供了地址轉換和一個(gè)有64個(gè)項的轉換旁路緩沖器。
　?、?提供了8KB的單一的指令和數據高速緩沖存儲器以及一個(gè)四路相聯(lián)高速緩沖存儲器控制器。
　?、?寫(xiě)緩沖器。
　?。?）38400字節的片上SRAM,可以在LCD控制器和通用應用之間共享。
　?。?）內存可以和高達6個(gè)獨立的擴展段接口,每個(gè)擴展段有256MB,且等待狀態(tài)可編程。
　?。?）27位的通用I/O,可以多路復用,以在需要時(shí)提供額外的功能。
　?。?）數字音頻接口（DAI）可以直接與CD音質(zhì)的DAC和編解碼器相連。
　?。?）中斷控制器。
　?。?）先進(jìn)的系統狀態(tài)控制及電源管理。
　?。?）2個(gè)16550A兼容的全雙工UART,含16字節的發(fā)送及接收FIFO。
　?。?）SIR協(xié)議紅外線(xiàn)數據編解碼器,速率最高達115.2kbps。
　?。?0）LCD控制器,16級灰度,可編程為1、2或4位每像素。
　?。?1）片上的啟動(dòng)ROM,已固化了用于串行加載的啟動(dòng)代碼。
　?。?2）2個(gè)16位的通用定時(shí)計數器。
　?。?3）1個(gè)32位的實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和比較器。
　?。?4）2個(gè)同步串行接口,用于諸如ADC等Microwire或SPI外圍器件。一個(gè)接口支持主模式和從模式,另一個(gè)僅支持主模式。
　?。?5）完全的JTAG邊界掃描和嵌入式ICE支持。
　?。?6）2個(gè)可編程的脈沖寬度調制接口。
　?。?7）1個(gè)用于和1或2個(gè)Cirrus Logic CL-PS6700 PC卡控制器器件相連的接口,可支持2個(gè)PC卡插槽。
　?。?8）振蕩器和鎖相環(huán),用于由外部的3.6864 MHz的晶振產(chǎn)生內核所需要的18.432MHz、36.864 MHz、 49.152MHz或73.728MHz的時(shí)鐘。此外還有一個(gè)外部時(shí)鐘輸入端（在13MHz模式下使用）。
　?。?9）一個(gè)低功耗的32.768kHz的振蕩器,用于產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘所需要的1Hz時(shí)鐘。
　　所有的外部存儲器和外圍器件都應連接到32位的數據總線(xiàn)D[0:31]上,并應使用28位的地址總線(xiàn)A[0:27]和其它控制信號。
　　二、基本工作原理
　　EP7209的核心邏輯功能是建立在一個(gè)ARM720T嵌入式處理器之上的。對EP7209的設計,以低功耗為目的進(jìn)行了優(yōu)化,并使用完全靜態(tài)的 0.25μm的CMOS制造工藝。低功耗的思想同樣體現在狀態(tài)設計、時(shí)鐘使用的方式上。下面將有選擇地介紹EP7209的工作原理。
　　1．CPU內核
　　ARM720T由一個(gè)ARM7TDMI 32位RISC處理器、一個(gè)單一的高速緩沖和一個(gè)存儲器管理單元（MMU）所構成。8KB的高速緩沖有一個(gè)四個(gè)項的相聯(lián)寄存器,并被組織成512線(xiàn)四字(4×512×4字節)。高速緩沖直接與ATM7TDMI相連,因而高速緩沖來(lái)自CPU的虛擬地址。當所需的虛擬地址不在高速緩沖中時(shí),由MMU將虛擬地址轉換為物理地址。一個(gè)64個(gè)項的轉換旁路緩沖器(TLB)被用來(lái)加速地址轉換過(guò)程,并減少頁(yè)表讀取所需的總線(xiàn)傳送。僅通過(guò)轉換高速緩沖中未存儲的地址,MMU就能夠節約功率。
　　2．狀態(tài)控制
　　EP7209支持如下的電源管理狀態(tài)：操作、空閑和后備(節能),如圖2所示。正常的程序執行狀態(tài)為操作狀態(tài)。這是一個(gè)完全性能狀態(tài),時(shí)鐘和外圍器件都被使能。除了CPU時(shí)鐘被暫停外,空閑狀態(tài)與操作狀態(tài)是一樣的。一個(gè)中斷或喚醒將使空閑狀態(tài)返回到操作狀態(tài)。后備狀態(tài)下功耗最小,選擇此模式會(huì )關(guān)閉主振蕩器,只對實(shí)時(shí)時(shí)鐘和相關(guān)邏輯提供電源。當EP7209處于后備狀態(tài)時(shí),為保證系統能夠正常喚醒,所有電源和地引腳仍然與電源和地相連是非常重要的。后備狀態(tài)唯一能夠變遷到的狀態(tài)是操作狀態(tài)。
　　基于A(yíng)RM核的音頻解碼器單芯片系統2
　　3.復 位
　　EP7209有三個(gè)異步復位信號：nPOR、nPWRFL和nURESET。如它們中的任一個(gè)有效,系統復位將由內部產(chǎn)生。除了RTC數據和匹配寄存器外,所有的EP7209內部寄存器都將被復位。為了使系統時(shí)間在用戶(hù)復位或電源失敗的狀況下得以保持,RTC數據和匹配寄存器僅由nPOR引起的復位所清除。
　　任何復位都將復位CPU,并在EP7209返回操作狀態(tài)時(shí)使CPU從復位矢量處開(kāi)始執行程序。
　　4. 時(shí) 鐘
　　EP7209有兩個(gè)時(shí)鐘模式：外部時(shí)鐘輸入和片上PLL。時(shí)鐘源的選取是由端口E的第2腳(PE[2])的一個(gè)陷阱選項來(lái)實(shí)現的。如果PE[2]在nPOR的上升沿處為高(例如上電時(shí)),外部時(shí)鐘模式被選取;如果PE[2]為低,那么,片上PLL模式被選取。上電以后,PE[2]可用作通用輸入輸出端口。
　　EP7209器件有幾個(gè)獨立的邏輯部分,每一個(gè)都有自己的時(shí)鐘頻率要求。當EP7209處于外部時(shí)鐘模式時(shí),外圍器件的真實(shí)頻率將不同于PLL模式時(shí)的頻率。
　　5. 中斷處理
　　在程序的執行期間,當一個(gè)不可預測事件 (如中斷或存儲器錯誤) 發(fā)生時(shí),通常要產(chǎn)生一個(gè)例外。當這些例外在同一時(shí)間發(fā)生時(shí),將由固定優(yōu)先權服務(wù)體系決定其被處理的次序。表1顯示了所有例外的優(yōu)先權次序。
　　基于A(yíng)RM核的音頻解碼器單芯片系統3
　　EP7209中斷控制器有兩個(gè)中斷類(lèi)型：中斷請求(IRQ)和快速中斷請求(FIQ)。中斷控制器有能力控制來(lái)自22個(gè)不同的FIQ和IRQ中斷源的中斷。這22個(gè)之中,有17個(gè)被映射為IRQ輸入,而另5個(gè)源被映射為FIQ輸入。FIQ較IRQ有較高的優(yōu)先級。如果來(lái)自于同一個(gè)組(IRQ或FIQ)的兩個(gè)中斷被接收到的話(huà),其服務(wù)次序必須由軟件來(lái)解決。所有中斷均為電平敏感,也就是說(shuō),它們必須與下列的次序一致。
　?。?）中斷器件(內部或者外部)產(chǎn)生適當的中斷。
　?。?）如果中斷屏蔽寄存器中適當的位已被設置,那么一個(gè)FIQ或IRQ將由中斷控制器產(chǎn)生。
　?。?）如中斷被使能的話(huà),處理器將跳轉到適當的地址。
　?。?）中斷調度軟件讀中斷狀態(tài)寄存器,以確定中斷源并調用相應的中斷服務(wù)例程。
　?。?）中斷服務(wù)例程中的軟件將清除中斷源,這是通過(guò)對申請中斷的器件采取一些由該器件特定的行動(dòng)來(lái)實(shí)施的(如,讀UART RX寄存器)。
　　然后,中斷服務(wù)例程可以重新使能中斷。任何其它未處理的中斷都將以相同的方法被服務(wù)?；蛘?它可以返回到中斷調度軟件。此軟件能檢查任何其它的未處理中斷并能相應地調度它們。End of Interrupt類(lèi)型的中斷將被鎖存。所有其它的中斷源(如外部中斷源)必須保持有效,直到相應的服務(wù)例程開(kāi)始執行為止。