基于ARM核的IntelTMStrongARM嵌入式系统

介绍InteltTMStrongarm的起源以及SA－1110和SA－1111之间的关系，重点介绍了SA－1110处理器和SA－1111套片的结构、功能和接口特性，给出了这两种芯片的连接关系示意图。

1 简介
StrongARM是一种性能很高，同时也可满足常规应用需要的微处理器技术。SA110处理器、SA1100、SA1110 PDA系统芯片和SA1500多媒体处理器芯片均采用了这一技术。其中IntelTMStrongARMSA－1110微处理器是一款集成了32位StrongarmRISC处理器核和系统支持逻辑以及多通信通道、LCD控制器、存储器、PCMCIA控制器、通用I／O口的高集成度通信控制器。该处理器最高可在206MHz下运行。SA－1110带有一个大的指令cache和数据cache，同时带有内存管理单元（MMU）和读／写缓存。它的存储器总线可以和SDRAM、SMROM和类似SRAM的许多器件相接。其软件可与ARM＊V4结构处理器家族相兼容，该核派生于IntelTM StrongarmSA－110，但是有以下一些改变：
　　●数据cache的尺寸从16k字节减少到8k字节； 　　
●增加了512字节的袖珍数据cache；
　　●具有硬件断点和读缓存；
　　●具有中断向量地址调整能力；
　　●内含增强型内存管理单元（MMU）；
　　●增加了一个过程ID寄存器。
　　SA－1111是SA－1110的套片，用来配合SA－1110使用。在增加功能的同时，使用SA－1111可使所设计的嵌入式系统的外围器件大大减少，从而降低系统成本。SA－1111提供有一个USB控制器、两个PS／2口（鼠标和跟踪板）、一个PCMCIA和CF卡接口、AC－Link／I2 S串行音频口、两个脉宽调制（PWM）输出和一个通用串行口。这些功能模块可通过一个快速内部同步总线连接到一起，然后通过系统总线接口（SBI）可将内部总线连接到SA－1111的存储器／系统总线上，在SA－1111和SA－1110之间传递所有的控制和数据信息。因此，SA－1111在具有高端计算性能的便携设备和嵌入式应用场合具有很高的性价比。

2 SA－1110的功能特点

图1是SA－1110的结构框图，图2所示是其引脚功能图。

2．1 SA－1110CPU主要特点
　　SA－1110中的CPU在133 MHz下运行时具有150 MIPS（百万条指令每秒）的指令运算能力（Dhrystone 2．1），而在206 MHz下运行时可达到235MIPS。另外，该系统还具有如下特点：
　　●带有存储器总线接口，可方便地与ROM（SMROM）、Flash、SRAM以及类似于SRAM可变等待时间的I／O、DRAM和SDRAM进行接口，同时支持两个PCMCIA槽。
　　●具有32个项的MMUs，可映射4k字节、8k字节或1M字节，内含32路32个项的相联cache，并具有16k字节指令cache和8k字节数据cache，另外，它还具有系统总线接口（SBI），可共享存储器控制器（SMC）、寄存器存取总线（RAB）和DMA总线。
　　●具有总共8个写缓存，每个尺寸在1～16字节之间；
●具有大小端操作模式；
●有4个读缓存，每个尺寸为1、4或8个字；
　 ●功耗低，在1．55 V／133 MHz时，其功耗小于240mW；而在1．75 V／206 MHz时，功耗小于400mW；
　 ●内部带有锁相环（PLL），其内部3．6863MHz振荡器和32．768kHz振荡器可为系统提供时钟基准。
●具有正常（完全运行）、空闲（下电）和睡眠（下电）三种电源管理模式。
　　●带有3．3VI／O接口。采用256mBGA封装。
2．2 SA－1110的主要功能
a．CPU内核
　　SA－1110 CPU使用armV4体系结构，并通过使用协处理器15使该体系结构得到增强。系统中的控制寄存器可通过对协处理器15的读写来对MMU、cache和读写缓存控制寄存器进行存取操作。

　　SA－1110 MMU具有32个项的转换旁路缓存器（TLB）用于指令和数据流，每项均可映射存储器中的段、大页和小页。同时，SA－1110还拥有16k字节指令cache和8k字节数据cache。为了避免由于主数据cache大量读写而导致的周期性数据传输，芯片还提供了一个袖珍cache。数据和指令cache以32字节为一块进行操作，并采用循环方式进行刷新存储。袖珍cache是一个具有16个入口和2路相互关联的cache，可执行最小最近使用（LRU）算法以刷新存储。另外，SA－1110还提供有两个读／写缓存。其中读缓存要求在软件的控制下进行严格的数据预取，以避免在对外部存储器进行读写时发生指令流堵塞。写缓存有8个入口，每个入口的尺寸为1～16个字节。读缓存有4个入口，每个入口尺寸为1、4或8个字。

　　b．系统控制功能
　　SA－1110内含定时器、高级电源管理、中断控制、复位控制以及用于产生时钟的片上振荡器和锁相环。它带有26路通用I／O，可由CPU直接进行读写或通过编程产生中断。在32．768kHz的晶振下，实时时钟具有每月5秒的误差精度。32位OS定时器使用3．686MHz振荡器，可用于4个32位的定时匹配寄存器，其中一个被专门用于看门狗定时中断，其它三个用于内部定时器或者由用户定义。中断控制器可以调度所有的中断源，它有中断请求（IRQ）和快速中断请求（FIQ）两种中断类型。其中IRQ是一个低级中断，可以被FIQ中断。对于arm体系结构，FIQ是独特的，可以对被用户所定义的特定中断源进行快速服务。对于正在服务的中断有两类信息，第一类用于通知用户或操作系统SA－1110上哪个模块满足中断条件，第二类则用于提供该模块内部引起该中断的具体事件。
　　复位控制器用于管理SA－1110内部各种复位源，提供调用软件复位功能。无论是硬复位、软复位、看门狗定时器满或是睡眠模式复位，复位控制器只跟踪最后一次复位的原因。
　　SA－1110还提供28根通用I／O引脚，这些引脚可通过编程将其设置在上升沿、下降沿或是上面两种情况下产生中断。同时用户也可以选择使用GPIO引脚的一部分来完成串行通道或LCD控制器等其它功能。

　　c．存储器和PCMCIA控制模块
　　存储器和PCMCIA控制模块（MPCM）支持4个快页模式（FPM）段、EDO段和SDRAM段，也支持6个静态内存段，所有6个静态段均可使用ROM或Flash存储器。同时低3个静态段支持SRAM，高3个静态段支持可变等待时间的I／O设备。另外，低4个静态段还支持32位数据总线的SMROM。
　　d．外围控制模块
　　SA－1110拥有6个通道的DMA控制器，并在串行通信中支持高速数据传输。由于LCD控制器拥有自己独立的DMA通道，因此，这六个DMA通道可用于其它外围I／O功能。通常情况下，DMA控制器可专门用于串行通道和外部存储器（DRAM、SRAM、Flash或ROM）之间的数据传输。LCD控制器支持TFT和STN屏，并在一个1024×1024的显示屏上支持256种颜色和16级灰度，该控制器采用专用的抖动算法控制显示的亮度。对于彩色显示，在一帧中，抖动算法可从4096种颜色中控制选择256种颜色来显示。LCD控制器可将帧缓存作为地址值进行访问。通过12位宽的调色板RAM可将该地址值作为256入口的索引值被解码。
　　SA－1110上的串口0执行通用串行总线（USB）从协议，并支持3个端点（半双工、12 Mbps方式）。串口1为通用异步收发口（UART），最高速率为230kbps。串口2支持红外数据（IrDA），速率为115 kbps或4Mbps。其中低速IrDA执行HP－SIR＊标准，高速Ir－DA执行4 PPM标准。串口3是一个工作在56．24 bps到230kbps的UART。可以用GPIO引脚来定义调制解调器的控制信号，这些引脚一般不预先定义。串口4是一 个多媒体通信口或同步串行口（MCP／SSP）。这些串口一般用来与特定的数／模I／O设备相接，其中包括多媒体数字信号编解码器、键盘、触摸板、音频设备等等。另外SA－1110还可以通过专门的2个与SSP相连的GPIO引脚为用户提供MCP和SSP。
　　该MCP可以和Phillips UCB1200直接相接，芯片提供有音频和电信编解码器、触摸板接口和10个通用I／O引脚。SA－1110拥有两组发送和接收FIFO，可用于电信和音频数据。它还提供了两个21位数据寄存器，一个用于发送，另一个用于接收。而SSP逻辑接口支持National MicroWire＊协议、Texas Instru－ments＊同步串行协议和Motorola SPI＊协议的一部分。所有这些协议都适用于键盘驱动、串行E－PROMs、ADC／DAC和类似于录音／播放等特殊目的的设备。

　　3 IntelTMStrongarmSA－1111的功能

　　3．1 SA－1111的主要特点
　　SA－1111的功能框图如图3所示。其主要特点如下：
　　●内含PLL时钟发生器；
　　●具有三种工作模式；
　　●系统总线接口可共享存储器控制器（SMC）、寄存器存取总线（RAB）和DMA总线；
　　●带有PCMCIA和CF接口；
　　●USB主控制器兼容USB－Rev 1．1，并支持1．5 Mbits／s和12 Mbits／s两种工作速率；
　　●具有两个PS／2口和SSP＊串行数据口；
　　●带有两个PWM输出；
　　●支持音频AC－Link／I2 S串行口；