Pemproses Blackfin : Seni Bina, Ciri & Aplikasinya

Pemproses Blackfin telah direka, dibangunkan dan dipasarkan melalui Peranti Analog & Intel sebagai Seni Bina Isyarat Mikro (MSA). Seni bina pemproses ini diumumkan pada Disember 2000 & ditunjukkan pertama kali di ESC ( Sistem Terbenam Persidangan) pada Jun 2001. Pemproses Blackfin ini direka terutamanya untuk mencapai kekangan kuasa & permintaan pengiraan bagi aplikasi audio, video & komunikasi terbenam sekarang. Artikel ini membincangkan gambaran keseluruhan a Pemproses sirip hitam – seni bina dan aplikasinya.

Apakah Pemproses Blackfin?

Pemproses Blackfin ialah 16 atau 32-bit mikropemproses yang termasuk fungsi DSP titik tetap terbina yang dibekalkan melalui MAC 16-bit (darab-terkumpul). Ini pemproses direka terutamanya untuk seni bina pemproses kuasa rendah gabungan yang boleh menjalankan OS sambil mengendalikan tugasan berangka yang sukar secara serentak seperti pengekodan video H.264 masa nyata.

Pemproses ini menggabungkan fungsi pemprosesan isyarat RISC 32-bit & dwi 16-bit MAC dengan mudah menggunakan atribut yang terdapat dalam mikropengawal tujuan umum. Jadi gabungan atribut pemprosesan ini membolehkan Pemproses Blackfin mencapai prestasi yang sama baik dalam kedua-dua pemprosesan kawalan & aplikasi pemprosesan isyarat. Keupayaan ini sangat memudahkan kedua-dua tugas pelaksanaan reka bentuk perkakasan & perisian.

Ciri-ciri sirip hitam:

• Pemproses ini mempunyai seni bina set arahan tunggal termasuk prestasi pemprosesan yang hanya memenuhi/mengatasi julat produk pemproses isyarat digital atau DSP untuk menyediakan kecekapan kos, kuasa & memori yang lebih baik.
• Pemproses seni bina 16 atau 32-bit ini hanya membenarkan aplikasi terbenam yang akan datang.
  Pemprosesan multimedia, isyarat & kawalan dalam satu teras.
• Ia meningkatkan produktiviti pemaju.
• Ia mempunyai prestasi boleh laras sepanjang pengurusan kuasa dinamik untuk penggunaan kuasa atau pemprosesan isyarat.
• Ia diterima pakai dengan cepat ke dalam pelbagai reka bentuk yang hanya disokong oleh beberapa rantai alat serta sistem pengendalian.
• Ia memerlukan pengoptimuman minimum kerana persekitaran pembangunan perisian berkuasa ditambah dengan prestasi teras.
• Pemproses Blackfin menyokong alat pembangunan yang terkemuka dalam industri.
• Prestasi pemproses ini & separuh kuasa DSP yang bersaing membolehkan spesifikasi lanjutan & aplikasi baharu.

Seni Bina Pemproses Blackfin

Pemproses Blackfin menyediakan kedua-dua fungsi unit pengawal mikro & pemprosesan isyarat digital dalam satu pemproses dengan membenarkan fleksibiliti. Jadi pemproses ini termasuk pemproses SIMD (single instruction multiple data) termasuk beberapa ciri seperti pembolehubah-panjang RISIKO arahan, pemasa pengawas, PLL pada cip, unit pengurusan memori, jam masa nyata, port bersiri dengan 100 Mbps, UART pengawal & SPI pelabuhan.

MMU menyokong pelbagai DMA saluran untuk memindahkan data antara peranti & subsistem memori FLASH, SDRAM dan SRAM. Ia juga menyokong cache data & arahan pada cip yang boleh dikonfigurasikan. Pemproses Blackfin ialah perkakasan ringkas yang menyokong operasi aritmetik 8, 16, dan 32-bit.

Seni bina Blackfin terutamanya berdasarkan seni bina isyarat mikro dan ini dibangunkan bersama oleh ADI (Peranti Analog) & Intel, yang merangkumi set arahan RISC 32-bit dan set arahan video 8-bit dengan dwi 16-bit darab-akumulasi (MAC).

Peranti analog mampu mencapai keseimbangan antara keperluan DSP & MCU melalui seni bina set arahan Blackfin. Secara amnya, pemproses Blackfin digabungkan dengan alat pembangunan perisian VisualDSP++ yang berkuasa tetapi kini dengan menggunakan C atau C++, adalah mungkin untuk menghasilkan kod yang sangat cekap dengan sangat mudah berbanding sebelum ini. Untuk keperluan masa nyata, sokongan sistem pengendalian menjadi kritikal, jadi Blackfin menyokong no. sistem pengendalian & perlindungan memori. Pemproses Blackfin datang dalam kedua-dua teras tunggal seperti BF533, BF535 & BF537, dan dwi-teras seperti model BF561.

Seni bina pemproses Blackfin termasuk peranti pada cip yang berbeza seperti PPI (Antara Muka Persisian Selari), SPORTS (Port Bersiri), SPI (Antara Muka Peranti Bersiri), UART (Pemancar Penerima Asynchronous Universal), pemasa tujuan am, RTC (Masa Nyata). Jam), Pemasa pengawas, I/O tujuan umum (bendera boleh atur cara), Antara Muka Rangkaian Kawasan Pengawal (CAN). , Ethernet MAC, DMA persisian -12, DMA Memori ke Memori -2 termasuk DMA Jabat Tangan, Pengawal TWI (Antara Muka Dua Wayar), Nyahpepijat atau JTAG Antara Muka & Pengendali Acara dengan 32 menyampuk Input. Semua peranti dalam seni bina ini hanya disambungkan melalui bas lebar jalur tinggi yang berbeza ke teras. Jadi, penerangan tentang beberapa peranti ini diberikan di bawah.

PPI atau Antara Muka Persisian Selari

Pemproses Blackfin hanya menyediakan PPI yang juga dikenali sebagai Antara Muka Periferal Selari. Antara muka ini disambungkan terus kepada analog selari kepada digital & digital kepada penukar analog, pengekod video dan penyahkod & juga kepada peranti lain untuk kegunaan umum.

Antara muka ini termasuk pin CLK input khusus, tiga pin penyegerakan bingkai & 16 pin data. Di sini, pin CLK input hanya menyokong kadar data selari yang sama dengan separuh daripada kelajuan CLK sistem. Tiga mod ITU-R 656 berbeza hanya menyokong Video Aktif, Pengosongan Menegak & medan lengkap.

Mod tujuan am PPI diberikan untuk disesuaikan dengan aplikasi penghantaran & tangkapan data yang berbeza. Jadi mod ini dipisahkan ke dalam kategori utama Terima Data melalui Penyegerakan Bingkai Dijana Dalaman, Penghantaran Data melalui Penyegerakan Bingkai Dijana Dalaman, Penghantaran Data melalui Penyegerakan Bingkai Dijana Secara Luaran dan Data Diterima melalui Penyegerakan Bingkai Dijana Secara Luaran.

SUKAN

Pemproses Blackfin termasuk dua port bersiri segerak dwi saluran SPORT0 & SPORT1 yang digunakan untuk komunikasi bersiri & berbilang pemproses. Jadi ini adalah port bersiri berkelajuan tinggi dan segerak yang menyokong I²S , TDM & pelbagai mod pembingkaian boleh dikonfigurasikan lain untuk menyambung DAC , ADC, FPGA & pemproses lain.

SPI atau Port Antara Muka Periferal Bersiri

Pemproses Blackfin termasuk port SPI yang membolehkan pemproses bercakap dengan pelbagai peranti yang serasi dengan SPI. Antara muka ini hanya menggunakan tiga pin untuk menghantar data, pin data-2 & satu pin CLK. Pin input dan output terpilih port SPI hanya memberikan SSI dupleks penuh (antara muka bersiri segerak) yang menyokong kedua-dua mod induk & hamba dan juga persekitaran berbilang induk. Kadar baud port SPI & fasa jam atau kekutuban boleh diprogramkan. Port ini mempunyai pengawal DMA yang diperbadankan yang menyokong sama ada menghantar/menerima aliran data.

Pemasa

Pemproses Blackfin mempunyai 9 unit pemasa boleh atur cara. Pemasa ini menjana gangguan kepada teras pemproses untuk menyediakan acara berkala yang bertujuan untuk penyegerakan kepada jam pemproses atau kepada kiraan isyarat luaran.

UART

Istilah UART bermaksud port 'pemancar penerima tak segerak universal'. Pemproses Blackfin menyediakan port UART 2-half-dupleks, yang sangat sesuai melalui UART standard PC. Port ini hanya menyediakan antara muka UART asas kepada hos atau peranti lain untuk menyediakan pemindahan data bersiri tak segerak, separuh dupleks, disokong DMA.

Port UART termasuk 5 hingga 8 bit data dan 1 atau 2 bit henti dan ia menyokong 2 mod operasi seperti I/O & DMA Diprogram. Dalam mod pertama, pemproses menghantar atau menerima data melalui pembacaan/penulisan daftar dipetakan I/O, di mana-mana sahaja data ditimbal dua kali pada kedua-dua hantar & terima. Dalam mod kedua, pengawal DMA menghantar & menerima data dan mengurangkan bilangan gangguan yang diperlukan untuk menghantar data dari & ke memori.

RTC atau Jam Masa Nyata

Jam masa nyata pemproses blackfin hanya menyediakan ciri berbeza seperti jam randik, masa semasa & penggera. Jadi, jam masa nyata dicatatkan dengan kristal 32.768 kHz di luar pemproses Blackfin. RTC dalam pemproses mempunyai pin bekalan kuasa, yang boleh kekal dikuasakan & dihidupkan walaupun selepas pemproses Blackfin yang lain berada dalam keadaan kuasa rendah. Jam masa nyata menyediakan beberapa pilihan gangguan boleh atur cara. Frekuensi CLK input 32.768 kHz dipisahkan kepada isyarat 1 Hz melalui Prescaler. Sama seperti peranti lain, jam masa nyata boleh membangunkan pemproses Blackfin daripada mod Tidur Dalam/ mod Tidur.

Pemasa Anjing Pengawas

Pemproses Blackfin mempunyai pemasa pengawas 32-bit, digunakan untuk melaksanakan fungsi pengawas perisian. Jadi pengaturcara memulakan nilai kiraan pemasa yang membenarkan gangguan yang betul, dan kemudian membenarkan pemasa. Selepas itu, perisian mesti memuat semula kaunter sebelum ia dikira daripada nilai yang diprogramkan kepada '0'.

GPIO atau I/O Tujuan Am

GPIO ialah pin isyarat digital yang digunakan sebagai input, output atau kedua-duanya & dikawal melalui perisian. Pemproses Blackfin termasuk pin GPIO (I/O tujuan am), 48-dwi-arah merentasi modul GPIO 3-berasingan seperti PORTFIO, PORTHIO & PORTGIO masing-masing disambungkan dengan Port G, Port H & Port F. Setiap pin port tujuan umum dikawal secara individu melalui manipulasi status, kawalan port & daftar sampukan seperti GPIO DCR, GPIO CSR, GPIO IMR dan GPIO ISR.

Ethernet MAC

Peranti MAC Ethernet dalam pemproses Blackfin menyediakan 10 hingga 100 Mb/s di antara MII (Antara Muka Bebas Media) & subsistem persisian Blackfin. MAC hanya berfungsi dalam kedua-dua mod Full-Duplex & Half-Duplex. Pengawal capaian media dijam secara dalaman daripada pin CLKIN pemproses.

Ingatan

Memori seni bina Pemproses Blackfin hanya menyediakan blok memori Tahap 1 & Tahap 2 dalam pelaksanaan peranti. Memori L1 seperti memori data & arahan hanya disambungkan kepada teras pemproses secara terus, berjalan pada kelajuan CLK sistem yang lengkap & menyediakan prestasi sistem maksimum untuk segmen algoritma masa kritikal. Memori L2 seperti memori SRAM adalah lebih besar yang memberikan sedikit prestasi yang berkurangan, namun, ia masih lebih pantas berbanding dengan memori luar cip.

Struktur memori L1 dilaksanakan untuk menyediakan prestasi yang diperlukan untuk memproses isyarat sambil menawarkan program dalam mikropengawal. Ini dicapai dengan hanya membenarkan memori L1 disusun sebagai SRAM, cache, jika tidak gabungan kedua-duanya.

Dengan menyokong model pengaturcaraan cache dan SRAM, pereka bentuk sistem menetapkan set data pemprosesan isyarat masa nyata kritikal yang memerlukan kependaman rendah & lebar jalur tinggi ke dalam SRAM, sambil menyimpan kawalan masa nyata atau tugas OS dalam memori cache.

Mod But

Pemproses Blackfin termasuk enam mekanisme untuk memori arahan L1 dalaman dimuatkan secara automatik selepas ditetapkan semula. Jadi mod but yang berbeza terutamanya termasuk; Mod but daripada memori denyar luar 8-bit & 16-bit, memori SPI bersiri. Peranti hos SPI, UART, memori TWI bersiri, Hos TWI dan melakukan daripada memori luaran 16-bit, memintas siri but. Untuk setiap satu daripada 6 mod but pertama, mula-mula pengepala 10-bait dibaca daripada peranti memori luaran. Jadi, pengepala menunjukkan no. bait untuk dihantar & alamat destinasi memori. Beberapa blok memori boleh dimuatkan melalui mana-mana siri but. Apabila semua blok hanya dimuatkan, maka pelaksanaan program bermula dari permulaan arahan L1 SRAM.

Mod Menangani

Mod pengalamatan pemproses sirip hitam hanya menentukan cara memori akses individu dan pengalamatan untuk menentukan lokasi. Mod pengalamatan yang digunakan dalam pemproses blackfin ialah pengalamatan tidak langsung, autoincrement/deccrement, post modify, diindeks dengan offset serta-merta, buffer bulatan dan Bit reverse.

Alamat Tidak Langsung

Dalam mod ini, medan alamat dalam arahan termasuk lokasi memori atau daftar di mana-mana alamat operan cekap hadir. Pengalamatan ini dikelaskan kepada dua kategori seperti Daftar Tidak Langsung & Memori Tidak Langsung.

Contohnya LOAD R1, @300

Dalam arahan di atas, alamat berkesan hanya disimpan di lokasi memori 300.

Autoincrement/Decrement Addressing

Pengalamatan kenaikan automatik hanya mengemas kini Penunjuk serta daftar Indeks selepas hak masuk. Jumlah kenaikan bergantung terutamanya pada saiz saiz perkataan. Akses perkataan 32-bit boleh menghasilkan kemas kini Penunjuk dengan '4'. Akses perkataan 16-bit mengemas kini Penunjuk dengan '2' & akses perkataan 8-bit mengemas kini Penunjuk dengan '1'. Operasi baca kedua-dua 8-bit & 16-bit mungkin menunjukkan sama ada sifar-lanjutkan/tanda-lanjutkan kandungan ke dalam daftar sasaran. Daftar penunjuk digunakan terutamanya untuk akses 8, 16, & 32-bit manakala daftar indeks digunakan hanya untuk akses 16 & 32bit

Contohnya: R0 = W [ P1++ ] (Z) ;

Dalam arahan di atas, perkataan 16-bit dimuatkan ke dalam daftar destinasi 32-bit dari alamat yang ditunjuk melalui daftar Penunjuk 'P1'. Selepas itu, Penunjuk ditambah dengan 2 & perkataan '0' dilanjutkan untuk mengisi daftar destinasi 32-bit.

Begitu juga, pengurangan automatik berfungsi dengan mengurangkan alamat selepas hak masuk.

Contohnya: R0 = [ I2– ] ;

Dalam arahan di atas, nilai 32-bit dimuatkan ke dalam daftar destinasi & mengurangkan daftar Indeks sebanyak 4.

Post-ubah suai Alamat

Jenis pengalamatan ini hanya menggunakan nilai dalam daftar Indeks/Penunjuk seperti alamat yang cekap. Selepas itu, ia mengubah suainya dengan kandungan daftar. Daftar indeks hanya ditukar dengan daftar yang diubah suai manakala daftar penunjuk ditukar oleh daftar penunjuk lain. Seperti daftar destinasi, pengalamatan jenis Post-ubah suai tidak menyokong daftar Penunjuk.

Contohnya: R3 = [ P1++P2 ] ;

Dalam arahan di atas, nilai 32-bit dimuatkan ke dalam daftar 'R3' dan ditemui dalam lokasi memori yang ditunjukkan oleh daftar 'P1'. Selepas itu, nilai dalam daftar 'P2' ditambah kepada nilai dalam daftar P1.

Diindeks dengan Offset Segera

Pengalamatan terindeks hanya membenarkan program mendapatkan nilai daripada jadual data. Daftar Penunjuk ditukar oleh medan segera, selepas itu ia digunakan sebagai alamat berkesan. Jadi nilai daftar Pointer tidak dikemas kini.

Sebagai contoh, jika P1 = 0x13, maka [P1 + 0x11] secara efisien akan bersamaan dengan [0x24], yang dikaitkan dengan semua akses.

Alamat Songsang Bit

Untuk sesetengah algoritma, atur cara memerlukan pengalamatan bawa terbalik bit untuk mendapatkan hasil dalam susunan berjujukan, terutamanya untuk pengiraan FFT (Fast Fourier Transform). Untuk memenuhi keperluan algoritma ini, ciri pengalamatan terbalik bit bagi Penjana Alamat Data berulang kali membenarkan mensubbahagikan siri data & menyimpan data ini dalam susunan terbalik bit.

Pengalamatan Penampan Pekeliling

Pemproses Blackfin menyediakan ciri seperti pengalamatan pekeliling pilihan yang hanya meningkatkan Daftar Indeks dengan julat alamat yang telah ditetapkan, selepas itu ia menetapkan semula secara automatik daftar indeks untuk mengulang julat tersebut. Jadi ciri ini meningkatkan prestasi gelung input/output dengan hanya mengalih keluar penunjuk indeks alamat setiap kali.

Pengalamatan penimbal bulat sangat berguna apabila berulang kali memuatkan atau menyimpan rentetan blok data bersaiz tetap. Kandungan penimbal pekeliling mesti memenuhi syarat ini:

• Panjang maksimum penimbal bulat hendaklah nombor yang tidak ditandatangani dengan magnitud di bawah 231.
• Magnitud pengubah suai mestilah di bawah panjang penimbal bulat.
• Lokasi pertama penunjuk 'I' mestilah dalam penimbal bulat yang ditakrifkan oleh panjang 'L' & tapak 'B'.

Jika mana-mana syarat di atas tidak dipenuhi, maka tingkah laku pemproses tidak dinyatakan.

Daftar Fail Pemproses Blackfin

Pemproses Blackfin termasuk tiga fail daftar definitif seperti; Fail Daftar Data, Fail Daftar Penunjuk & daftar DAG.

• Fail daftar data mengumpul operan menggunakan bas data yang digunakan untuk unit pengiraan & menyimpan hasil pengiraan.
• Fail daftar penunjuk termasuk penunjuk yang digunakan untuk menangani operasi.
• Daftar DAG mengurus penimbal pekeliling sifar overhed yang digunakan untuk operasi DSP.

Pemproses Blackfin menyediakan pengurusan kuasa & prestasi kelas pertama. Ini direka bentuk dengan metodologi reka bentuk voltan rendah & kuasa rendah yang mampu mengubah kedua-dua voltan & kekerapan operasi untuk mengurangkan penggunaan kuasa keseluruhan dengan ketara. Jadi ini boleh mengakibatkan pengurangan yang ketara dalam penggunaan kuasa, berbanding dengan hanya menukar kekerapan operasi. Jadi ini hanya membolehkan hayat bateri lebih lama untuk peralatan berguna.

Pemproses Blackfin menyokong memori luaran yang berbeza seperti DDR-SDRAM, SDRAM, denyar NAND, denyar SRAM & NOR. Sesetengah pemproses Blackfin juga terdiri daripada antara muka storan besar-besaran seperti SD/SDIO & ATAPI. Mereka juga boleh menyokong 100 megabait memori dalam ruang memori luaran.

Kelebihan

The kelebihan pemproses Blackfin termasuk yang berikut.

• Pemproses Blackfin memberikan faedah asas kepada pereka bentuk sistem.
• Pemproses Blackfin menawarkan fleksibiliti perisian serta skalabiliti untuk aplikasi konvergen seperti pemprosesan audio, video, suara & imej dalam pelbagai format, keselamatan masa nyata, pemprosesan kawalan dan pemprosesan paket jalur asas berbilang mod
• Kapasiti pemprosesan kawalan yang cekap & pemprosesan isyarat berprestasi tinggi membolehkan pasaran & aplikasi baharu yang berbeza.
• DPM (Pengurusan Kuasa Dinamik) membenarkan pereka bentuk sistem mengubah suai khususnya penggunaan kuasa peranti kepada keperluan sistem akhir.
• Pemproses ini mengurangkan masa & kos pembangunan dengan banyak.

Aplikasi

The aplikasi pemproses Blackfin termasuk yang berikut.

• Pemproses Blackfin sesuai untuk banyak aplikasi seperti ADAS (sistem bantuan pemandu lanjutan automotif) , sistem pengawasan atau keselamatan & penglihatan mesin industri.
• Aplikasi Blackfin termasuk sistem kawalan motor servo, elektronik automotif, sistem pemantauan & peranti pengguna multimedia.
• Pemproses ini hanya melaksanakan fungsi mikropengawal & pemprosesan isyarat.
• Ini digunakan untuk audio, kawalan proses, automotif, ujian, pengukuran, dsb.
• Pemproses Blackfin digunakan dalam aplikasi pemprosesan isyarat seperti wayarles jalur lebar, komunikasi mudah alih & audio atau peralatan Internet berkemampuan video.
• Blackfin digunakan dalam aplikasi konvergen seperti media rangkaian & penstriman, hiburan rumah digital, telematik automotif, infotainmen, TV mudah alih, radio digital, dsb.
• Pemproses Blackfin ialah pemproses terbenam yang mempunyai kecekapan kuasa & prestasi tertinggi yang digunakan dalam aplikasi di mana sahaja suara berbilang format, audio, video, jalur asas berbilang mod, pemprosesan imej, pemprosesan paket, keselamatan masa nyata & pemprosesan kawalan adalah penting.

Oleh itu, ini adalah gambaran keseluruhan Pemproses Sirip Hitam – seni bina, kelebihan & aplikasinya. Pemproses ini menjalankan pemprosesan isyarat & fungsi mikropengawal. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah pemproses?