基于A(yíng)RM嵌入式平臺的X86譯碼SOC架構設計

1．3 各IP在系統中的功能
除了兩個(gè)處理器外，SoC中各IP核功能如下：翻譯模塊：實(shí)現將X86指令翻譯成為ARM指令的功能。
SMI：外部存儲與微處理器之間的橋梁，支持RoM作為系統的非易失性存儲介質(zhì)，支持片外SRAM作為系統的外圍高速存儲。
中斷控制器：用來(lái)支持系統內部與外部的中斷控制，如中斷電平／邊沿觸發(fā)、中斷電平極性與中斷使能等。
Internal Memory：片內SRAM，大小為1 KB，但可以通過(guò)修改Verilog的描述來(lái)改變其大小。
Default Slave：用于當master訪(fǎng)問(wèn)未定義的地址空間時(shí)，給出一個(gè)應答信號。
Retry Slave：是一個(gè)可以產(chǎn)生重試回應及等待命令的slave范例，若需要類(lèi)似的模組，可以利用它來(lái)完成。
Watchdog：保證系統安全的監控模塊，軟件需在預定的時(shí)間內訪(fǎng)問(wèn)相應的寄存器，否則硬件將產(chǎn)生內部信號自動(dòng)復位。
GPIO控制器：用來(lái)支持擴展外設，拓寬SoC的使用范圍。
RemapPause：主要分成兩個(gè)處理單元，前者負責控管地址是否重新對應的機制，后者負責管理系統的省電模式。
Timer：定時(shí)器，支持捕獲、Matchout輸出、外部時(shí)鐘驅動(dòng)。

2 X86到ARM二進(jìn)制翻譯模塊
該設計使用的翻譯模塊通過(guò)編寫(xiě)Verilog HDL實(shí)現，能將部分X86指令翻譯成ARM指令，實(shí)現了某些X86應用程序到ARM架構的移植。圖2為解碼器內部結構圖。

該翻譯模塊首先從ROM中取出X86指令，翻譯成ARM指令后存人RAM中，所有指令翻譯完成后，翻譯模塊產(chǎn)生一個(gè)終端，使處理器執行RAM中的指令。即所有指令先翻譯完成，處理器才執行，該翻譯過(guò)程屬于靜態(tài)二進(jìn)制翻譯。其中Decoder是整個(gè)解碼模塊的核心，負責翻譯指令。Decoder模塊采用有限狀態(tài)機控制數據通路的方式實(shí)現．根據指令的功能和尋址方式進(jìn)行狀態(tài)分類(lèi)，然后輸出ARM指令。例如，把寄存器尋址的算術(shù)指令可分為一類(lèi)：
ADD EAX，EBX
SUB EAX，EBX
因為這些指令的尋址方式一樣，功能近似，只是操作碼不一樣，可以歸并為一個(gè)狀態(tài)，在某一狀態(tài)內建立映射關(guān)系翻譯成為ARM指令。
考慮到AHB總線(xiàn)可能處于比較忙碌的狀態(tài)，對于X86指令和翻譯出的ARM指令分別設置2個(gè)FIFO。FIFO1和FIFO2各自有2個(gè)存儲器，其中一個(gè)存儲指令，另一個(gè)存儲與指令對應的地址。對FIFO進(jìn)行操作會(huì )同時(shí)對指令和地址進(jìn)行操作，以保持指令和地址的對應。
此外，ARM核需要向解碼模塊發(fā)送信號，通過(guò)設置Communicate模塊中的寄存器控制指令譯碼器的工作：
設置X86指令的起始地址；設置X86指令的終止地址；設置ARM指令的初始存放地址；設置ARM指令復雜指令段的初始地址；設置使指令解碼器開(kāi)始工作的標志寄存器，高電平表示工作；判斷指令解碼是否結束，結束后向ARM核發(fā)送中斷；ARM核接收中斷信號后，將標志寄存器置低，翻譯模塊結束本次工作。
本文的SoC系統中沒(méi)有使用DMA對X86指令和ARM指令進(jìn)行存取，而是由翻譯模塊主動(dòng)進(jìn)行讀和寫(xiě)。因而有2個(gè)Master總線(xiàn)接口，通過(guò)AHB _1_1interface讀取X86指令，由AHB_2_1 interface將ARM指令寫(xiě)入RAM中。Communicate模塊與總線(xiàn)的通信接口為Slave口，用于接收ARM核發(fā)送的4個(gè)地址，一旦接收到這4個(gè)地址，翻譯模塊中的start_flag信號置高，表示開(kāi)始工作。