基于A(yíng)RM嵌入式平臺的X86譯碼SOC架構設計

摘 要：二進(jìn)制翻譯技術(shù)是代碼移植技術(shù)中的一種重要技術(shù)。針對二進(jìn)制翻譯的應用，提出在ARM嵌入式平臺下實(shí)現X86 t0 ARM二進(jìn)制翻譯系統。通過(guò)對ARM嵌入式平臺的研究，介紹二進(jìn)制翻譯模塊的功能，著(zhù)重論述SOC架構的設計，并分析Multi-layer總線(xiàn)結構的特點(diǎn)及優(yōu)化。該SOC系統實(shí)現了將部分X86指令翻譯為ARM指令并由ARM處理器執行目標代碼的功能。該設計為在硬件上實(shí)現二進(jìn)制翻譯提供了參考。
關(guān)鍵詞：ARM；嵌入式；二進(jìn)制翻譯；SoC

二進(jìn)制翻譯也是一種編譯技術(shù)，它與傳統編譯器的差別在于其編譯處理對象不同。傳統編譯器處理的是某一種高級語(yǔ)言，經(jīng)過(guò)編譯處理生成某種機器的目標代碼。
二進(jìn)制翻譯是一種直接翻譯可執行二進(jìn)制程序的技術(shù)，能夠把一種處理器上的二進(jìn)制程序翻譯到另外一種處理器上執行。它使得不同處理器之間的二進(jìn)制程序可以很容易的相互移植，擴大了硬件／軟件的適用范圍，有助于打破處理器和支持軟件之間的相互扼制的局面。二進(jìn)制翻譯技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)為：不需要重編譯源碼就可以實(shí)現軟件從舊平臺到新平臺的移植；快速為新機器提供軟件，包括移植操作系統和編譯器；充分利用新機器的特性?xún)?yōu)化代碼；減少培訓費用，因為使用的是相同的軟件，所以不必在新平臺上重新培訓員工；降低了多平臺軟件的費用。

1 SOC架構設計
1．1 處理器的確定
通用處理器與硬件邏輯是SoC設計的主流架構。在一些需要大量數據處理的應用中，這樣的架構并不能滿(mǎn)足要求。實(shí)際上，由于不同的任務(wù)在很大程度上互相獨立運行，可以將具有內在執行并行性的任務(wù)分解為緊密聯(lián)系的子任務(wù)，不同的內核可以執行不同的子任務(wù)，多核架構在1個(gè)周期內可以執行多個(gè)指令。這種并行處理使得整個(gè)系統的性能與使用單核處理器串行處理相同任務(wù)相比，有了很大改進(jìn)。另外，多核架構設計可以復用現有的單核處理器作為處理器核心，從而可以縮短設計和驗證周期，節省開(kāi)發(fā)成本，符合SoC設計的基本思路。多核架構是未來(lái)SoC發(fā)展的一個(gè)趨勢。
該設計采用雙核架構，采用當代流行的處理能力較好的ARM處理器ARM7TDMI-S和ARM926EJ-S，ARM內核最大的優(yōu)勢在于高速度、低功耗。
ARM7TDMl-s具有3級流水線(xiàn)結構，支持Win-dows CE，Linux等操作系統。ARM926EJ-S是ARM公司在2000年推出的功能最強大的ARM9處理器，實(shí)現5級流水，它與外部通信接口為雙AHB總線(xiàn)結構，即指令AHB總線(xiàn)和數據AHB總線(xiàn)。該設計中ARMTDMI-S主要負責控制、操作系統平臺和任務(wù)的調度。ARM926EJ-S則主要負責各種任務(wù)的執行。
1．2 使用的總線(xiàn)標準
由于SoC中集成了大量的IP核，設計的關(guān)鍵在于如何實(shí)現各IP模塊之間的互連。目前，SoC中IP核的互連一般采用總線(xiàn)結構，通過(guò)消息通信。
采用ARM公司的AHB與APB為片上總線(xiàn)。AMBA總線(xiàn)體系結構是當前SoC體系設計結構設計的開(kāi)放標準，由于A(yíng)MBA被越來(lái)越多的公司采用，已迅速成為SoC結構和IP庫開(kāi)發(fā)的標準。
在具體實(shí)現時(shí)，采用AHB加APB的兩級總線(xiàn)結構。AHB用來(lái)支持高速設備，支持多主從設備。多個(gè)主設備之間通過(guò)仲裁機制保證優(yōu)先級，從設備通過(guò)地址譯碼機制被選中，并響應主設備發(fā)起的總線(xiàn)事務(wù)。APB用支持基于寄存器訪(fǎng)問(wèn)的低速設備。AHB與APB兩條總線(xiàn)通過(guò)總線(xiàn)橋連接在一起，實(shí)現兩條總線(xiàn)之間的協(xié)議轉換。圖1為SoC的系統結構框圖。