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MIPS32 M4K處理器內核SRAM接口應用

作者:MIPS科技公司 Bob Martin 時間:2008-09-03 來源:中電網 收藏

  環(huán)境要求在盡可能小的封裝里實現最多的通用。存尺寸和成本的限制下,M4K內核內部不支持指令高速緩存(I-cache)或數據高速緩存(D-cache)的標準功能。但 M4K內核所具有的一些特點使其非常適用于應用領域。這就涉及到本文重點討論的一個內容--,這是 M4K內核的一個標準功能。

本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/87670.htm

  微控制器應用需要僅用最少的邏輯就可以在處理器內核和存儲系統(tǒng)之間實現緊密耦合。M4K內核就是一個比較完美的解決方案。

  M4K內核接口基本描述

  M4K內核SRAM接口是M4K內核的通用高速存儲器接口。它可為指令存儲器和數據存儲器路徑提供低延遲接口,支持單周期和多周期存儲器存取。 必須指出,SRAM接口不能直接與外部存儲器件連接,若要實現外部存儲連接,需使用一個外部存儲控制器。必須使用固定映射表(FMT)和SRAM接口,以提供完整的存儲器控制邏輯。

  雙模操作

  SRAM接口的初始配置稱為雙模。在這種模式下,指令和數據通道彼此隔離。數據有獨立的讀寫總線(D-SRAM),還有D-SRAM接口控制信號和一個獨立的指令側(I-SRAM)接口,以及其互補I-SRAM控制信號。

  I-SRAM接口具有改變信號輸入方向的能力,需要時,可將D-SRAM讀周期改變到I側方向。這有助于改良的Harvard架構的實現,和非易失性數據在程序存儲器中的存儲。

  雙模有助于I-SRAM和D-SRAM接口的同步處理,消除任何可能出現在公用總線接口上的延遲,防止其減緩程序的執(zhí)行。在這個模式下,內核可達到1.5 DMIPS/MHz的標稱性能。雙模結構如圖1所示。

  標準模式

  標準模式是標準接口的一個配置選項,在這種模式下,為了節(jié)省必須從內核發(fā)送的信號總數,I-SRAM和D-SRAM信號合并在一起。除了數據寫總線外,D-SRAM接口是完全禁用的,所有數據讀周期都自動改變方向,以使用I-SRAM讀總線。

  在該模式中,內核的平均性能大概是1.2 DMIPS/MHz。然而,由SRAM接口內核暴露的活躍信號總數是122個,比雙模節(jié)省87個信號。減少接口使用的活躍信號數量,對于成本非常有限、總裸片面積比絕對性能更重要的設計來說,是一種更經濟有效的方式。

  SRAM接口標準模式如圖2所示。

  處理中斷

  SRAM接口提供了中止指令處理的能力,這種能力可中止M4K內核5段流水線中任何指令處理。這有助于外部系統(tǒng)控制器立即響應外部事件,如中斷請求或通過EJTAG調試接口請求。在處理典型微控制器應用中高度確定性性質時,快速響應外部中斷事件至關重要。

  對接口信號連接有限的器件提供支持

  M4K處理器內核可通過特定字節(jié)通道,對接口信號連接有限的存儲器件接口的能力進行控制,可幫助M4K內核以連續(xù)字節(jié)讀取匯編32位字,然后在SRAM接口中進行內部匯編。

  這個功能通常用于接口外設的總線鎖存和總線停止的組合,如ADC。該類型的混合信號器件通常不提供32位位寬的接口。

  總線鎖存和總線停止

  SRAM接口提供輸入控制信號,在外部存儲控制器禁用這個信號之前鎖住數據總線,以防止CPU進一步寫處理。由此,可不用擔心多線程存儲周期的損害。SRAM接口還提供控制信號,利于總線停止,使設計師將速度更慢的存儲器和外設連接到系統(tǒng)成為可能。這些器件可包括速度更慢的非易失性RAM和混合信號器件,在將請求的數據傳送到總線之前,它們需要更多的等待時間。

  緩存關聯(lián)信號

  雖然M4K內核不包含任何高速緩存,但仍能指明出現在地址總線上的當前存儲器地址是否可以進行緩存。外部存儲控制器能夠利用這些狀態(tài)信號實現L2高速緩存結構。

  M4K SRAM接口在微控制器領域的應用

  利用上述這些功能,設計師們能夠對于微控制器系統(tǒng)環(huán)境中使用M4K SRAM接口的多種優(yōu)勢有所認識。

  首先,緊密耦合的接口意味著大多數處理任務是在單時鐘周期內完成的。除非當設計師執(zhí)行總線停止時,需要考慮速度較慢的存儲器件的完成周期。而且,連接到該接口的控制邏輯必須只能處理指令和數據,以使整個邏輯設計不那么復雜。另外,可能還要鎖住總線,使原子處理的完成能夠不受排隊周期的影響。

  固定映射表(FMT)可減少外部存儲控制器所需的邏輯和解碼量。除了存儲器映像外設,以及對微控制器可用的存儲器件絕對尺寸外,有源區(qū)都在定義的邊界之內。

  在雙模操作下,指令提取路徑和數據讀/寫路徑是獨立的。這些獨立的數據通道有助于存儲控制器邏輯優(yōu)化存儲器件的類型和尺寸。

  中止流水線中,任何處理的能力都有助于在調試環(huán)境中實現快速響應和精確的斷點控制。

  基本上,L2緩存可以使用M4K內核的本地信號執(zhí)行,從而簡化L2緩存控制器。

  MIPS32M4K內核SRAM接口為M4K內核提供了一種高速、易于使用和高度可配置的存儲器接口。除了指令和數據存儲器,它不包含額外的開銷,如處理任何情況的協(xié)議或信號等,有助于芯片設計師用極少的外部邏輯實現M4K內核的最大性能。最終,這種能力代表著以最低的成本實現更高性能的微控制器系統(tǒng)。



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