基于ARM核的音频解码器单芯片系统

二、基本工作原理

EP7209的核心逻辑功能是建立在一个arm720T嵌入式处理器之上的。对EP7209的设计,以低功耗为目的进行了优化,并使用完全静态的 0.25μm的CMOS制造工艺。低功耗的思想同样体现在状态设计、时钟使用的方式上。下面将有选择地介绍EP7209的工作原理。

1．CPU内核

ARM720T由一个arm7TDMI 32位RISC处理器、一个单一的高速缓冲和一个存储器管理单元（MMU）所构成。8KB的高速缓冲有一个四个项的相联寄存器, 并被组织成512线四字(4×512×4字节)。高速缓冲直接与ATM7TDMI相连,因而高速缓冲来自CPU的虚拟地址。当所需的虚拟地址不在高速缓冲中时,由MMU将虚拟地址转换为物理地址。一个64个项的转换旁路缓冲器(TLB)被用来加速地址转换过程,并减少页表读取所需的总线传送。仅通过转换高速缓冲中未存储的地址,MMU就能够节约功率。

2．状态控制

EP7209支持如下的电源管理状态：操作、空闲和后备(节能),如图2所示。正常的程序执行状态为操作状态。这是一个完全性能状态,时钟和外围器件都被使能。除了CPU时钟被暂停外,空闲状态与操作状态是一样的。一个中断或唤醒将使空闲状态返回到操作状态。后备状态下功耗最小,选择此模式会关闭主振荡器,只对实时时钟和相关逻辑提供电源。当EP7209处于后备状态时,为保证系统能够正常唤醒,所有电源和地引脚仍然与电源和地相连是非常重要的。后备状态唯一能够变迁到的状态是操作状态。

3.复 位

EP7209有三个异步复位信号：nPOR、nPWRFL和nURESET。如它们中的任一个有效,系统复位将由内部产生。除了RTC数据和匹配寄存器外,所有的EP7209内部寄存器都将被复位。为了使系统时间在用户复位或电源失败的状况下得以保持,RTC数据和匹配寄存器仅由nPOR引起的复位所清除。

任何复位都将复位CPU,并在EP7209返回操作状态时使CPU从复位矢量处开始执行程序。

4. 时 钟

EP7209有两个时钟模式：外部时钟输入和片上PLL。时钟源的选取是由端口E的第2脚(PE)的一个陷阱选项来实现的。如果PE在nPOR的上升沿处为高(例如上电时),外部时钟模式被选取;如果PE为低,那么,片上PLL模式被选取。上电以后,PE可用作通用输入输出端口。

EP7209器件有几个独立的逻辑部分,每一个都有自己的时钟频率要求。当EP7209处于外部时钟模式时,外围器件的真实频率将不同于PLL模式时的频率。

5. 中断处理

在程序的执行期间,当一个不可预测事件 (如中断或存储器错误) 发生时,通常要产生一个例外。

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当这些例外在同一时间发生时,将由固定优先权服务体系决定其被处理的次序。表1显示了所有例外的优先权次序。

EP7209中断控制器有两个中断类型：中断请求(IRQ)和快速中断请求(FIQ)。中断控制器有能力控制来自22个不同的FIQ和IRQ中断源的中断。这22个之中,有17个被映射为IRQ输入,而另5个源被映射为FIQ输入。FIQ较IRQ有较高的优先级。如果来自于同一个组(IRQ或FIQ)的两个中断被接收到的话,其服务次序必须由软件来解决。所有中断均为电平敏感,也就是说,它们必须与下列的次序一致。

（1）中断器件(内部或者外部)产生适当的中断。

（2）如果中断屏蔽寄存器中适当的位已被设置,那么一个FIQ或IRQ将由中断控制器产生。

（3）如中断被使能的话,处理器将跳转到适当的地址。

（4）中断调度软件读中断状态寄存器,以确定中断源并调用相应的中断服务例程。

（5）中断服务例程中的软件将清除中断源,这是通过对申请中断的器件采取一些由该器件特定的行动来实施的(如,读UART RX寄存器)。

然后,中断服务例程可以重新使能中断。任何其它未处理的中断都将以相同的方法被服务。或者,它可以返回到中断调度软件。此软件能检查任何其它的未处理中断并能相应地调度它们。"End of Interrupt"类型的中断将被锁存。所有其它的中断源(如外部中断源)必须保持有效,直到相应的服务例程开始执行为止。

6. EP7209的启动方式

片上启动ROM的128字节中包含有一个指令序列。此指令序列能够初始化器件,然后配置UART1以接收2048字节的串行数据。这些数据接收后将置于片上的SRAM中。一旦下载传送完成,执行将跳转到片上SRAM的起始处。这将允许诸如在产品的制造过程中将代码下载并编程到系统Flash中这样的操作。

是否从片上启动ROM启动系统是由nMEDCHG引脚在电源复位期间的状态决定的。如果nPOR有效时,nMEDCHG为高,那么,EP7209将从连接到CS[0]的外部存储器器件启动(正常启动模式);如果nMEDCHG为低,那么,启动将从片上ROM处开始。注意：在两种情形下,上电复位结束后,EP7209将处于后备态,而且为了真正地开始执行启动序列,需要在WAKEUP引脚上有一个由低到高的跳变。

片上ROM启动的结果是对所有片选的解码都翻转了。控制启动选项的信号由nPOR锁存,这意味着地址和总线宽度的重新映射将继续应用,直到nPOR的再一次有效为止。从 ROM启动后,启动ROM的内容可从地址0x0000000处读回来;而在正常操作状态下,启动ROM的内容可从地址范围0x70000000中读回。

7. 存储器和I/O扩展接口

EP7209能够解码6个分立的线性存储器或扩展段。其中的两个可为PC Card卡预留,每一个接口连接到一个独立的单个CL-PS6700器件。每一个段的大小为256MB。两个附加段(除了这6个段以外的)被用于片上 SRAM和片上ROM。片上ROM空间被完全解码,SRAM空间也被完全解码到编程在LCDCON寄存器中的视频帧缓冲器的最大容量中(128KB)。超出此地址范围的SRAM空间不被完全解码(即超出128KB范围的任何存取将绕回到128KB范围内)。6个段中的任一个可配置成与传统SRAM接口一致的接口相连接,而且能单独地被编程为8、16或32位宽,支持页模式存取,并且在执行非连续存取时可插入1～8个等待状态,执行触发模式存取时可插入0～3个等待状态。零等待状态连续存取特性被设计成支持触发模式的ROM。对使用nMWE引脚的可写存储器件,不允许零等待状态连续存取,至少应插入一个等待状态（等待状态数应编程到适当的MEMCFG寄存器的连续域中）。总线周期也可以通过使用EXPRDY输入信号来进行扩展。

来源：Cirrus Logic