高帶寬嵌入式應(yīng)用中SoC微控制器的總線設(shè)計(jì)

　　32位嵌入式設(shè)計(jì)越來(lái)越要求對(duì)網(wǎng)絡(luò)上高帶寬數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，特別是在系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)層面，以確定性和無(wú)爭(zhēng)議的方式傳輸數(shù)據(jù)和控制信息變得非常重要。各種操作直接處于系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者既定的控制之下也很重要，而這在基于總線的SoC設(shè)計(jì)中并不總是能夠?qū)崿F(xiàn)。

　　設(shè)計(jì)者和芯片供應(yīng)商常常借鑒板級(jí)及系統(tǒng)級(jí)架構(gòu)技術(shù)，以便在最短的設(shè)計(jì)時(shí)間內(nèi)以最低的開(kāi)發(fā)成本進(jìn)行SoC設(shè)計(jì)。由于手機(jī)和PDA等設(shè)備對(duì)確定性的實(shí)時(shí)響應(yīng)需求很少，所以傳統(tǒng)解決方案在此類應(yīng)用中表現(xiàn)還不錯(cuò)。

　　但在許多新的聯(lián)網(wǎng)嵌入式設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)總線架構(gòu)不能滿足共享總線對(duì)高帶寬及高密度數(shù)據(jù)流的需求，在下列應(yīng)用中尤其如此，如工業(yè)用人機(jī)界面(HMI)網(wǎng)絡(luò)顯示、POS終端設(shè)備，具有不同數(shù)據(jù)帶寬需求的彩色打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)投影儀和監(jiān)視攝像機(jī)，以及網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、數(shù)字復(fù)印機(jī)、多功能一體機(jī)、傳真機(jī)和掃描儀等。

　　許多基于片上串行互連的替代方案正在研發(fā)中，這些替代方案類似于串行結(jié)構(gòu)、交叉交換(crossbar switch)和基于數(shù)據(jù)包的總線。在這些新方案得以完善之前，鑒于時(shí)間和成本壓力，必須找到能修改從板級(jí)設(shè)計(jì)借鑒過(guò)來(lái)的共享總線架構(gòu)的方法，以滿足新的32位嵌入式聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)確定性和實(shí)時(shí)性的要求。

　　傳統(tǒng)SoC總線的優(yōu)缺點(diǎn)

　　SoC開(kāi)發(fā)者不愿意放棄這種通用共享總線，因?yàn)樗梢詼p少設(shè)計(jì)周期中的規(guī)范制定及驗(yàn)證工作，能使SoC的高層次集成如同將擴(kuò)展卡插到背板上一樣簡(jiǎn)單。通過(guò)采用通用總線，開(kāi)發(fā)者可以集中精力投入到更高層次的決策中。

　　ARM公司在高級(jí)微控制器總線架構(gòu)(AMBA)中采用通用總線，允許獲得許可的使用者專注于自己的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，從而快速將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

　　微處理器、DMA控制器、存儲(chǔ)器控制器及其它更高性能的模塊通過(guò)AHB連接。性能較低的模塊，比如UART、通用輸入/輸出(GPIO)及定時(shí)器等，則通過(guò)APB連接。

　　但是，基于ARM的SoC所瞄準(zhǔn)的許多高端嵌入式應(yīng)用，要求它們?cè)谔幚磉@些應(yīng)用的確定性與實(shí)時(shí)性需求的同時(shí)，還可以訪問(wèn)高帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

　　這些應(yīng)用要求SoC能夠發(fā)出控制信號(hào)、采集數(shù)據(jù)并在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。基于不同的網(wǎng)絡(luò)特性及其帶寬要求，現(xiàn)有SoC總線架構(gòu)的性能將會(huì)得到盡可能的提升，例如，高端聯(lián)網(wǎng)嵌入式應(yīng)用可能要處理通過(guò)以太網(wǎng)連接從照相機(jī)傳輸?shù)酱蛴C(jī)的視頻數(shù)據(jù)位流，或從服務(wù)器傳輸?shù)酱蛴C(jī)的圖像，與此同時(shí)還可能根據(jù)與掃描、刷新和更新周期有關(guān)的確切要求對(duì)本地LCD顯示進(jìn)行更新。使用外部LCD時(shí)，LCD控制器必須知道通過(guò)該總線傳輸?shù)木唧w字節(jié)數(shù)量、數(shù)據(jù)發(fā)送順序以及數(shù)據(jù)在顯示器上顯示的特定時(shí)隙和順序，同時(shí)也很必要將信息不斷地饋送給LCD用于更新。

圖2： NS9750原理框圖。

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