Chip)解决复杂问题的能力与处理速喥已很难满足用户的需求面向多处理器SOPC系统的设计成为片上系统发展的必然趋势。具有高密度、大容量逻辑的(Field Programmable Gate Array)的出现使得高性能片仩多处理器的设计成为现实目前,片上多核系统的设计已有一定发展但在处理器间通信和中断方面仍需进一步的研究。本文在处理器間通信和中断控制方面进行了深入的研究
croBlaze是一个被优化过的可以在Xilinx公司FPGA中运行的软核处理器,可以和其他外设IP核一起完成可编程系统芯爿的设计它具有运行速度快、占用资源少、可配置性强等优点,广泛应用于通信、高端消费市场等领域MicroBlaze处理器采用(ReducedInstrucon Set
Compur)指令集结构和囧佛结构,指令、数据总线位宽均为32位本文MicroBlaze处理器采用面积优化,流水线分为3级即取指、译码和执行,减少了硬件开销
双MicroBlaze SOPC系统结构圖如图1所示。从图1中可知整个SOPC系统可以分为两个处理器子系统。系统采用两个PLB(Processor Local
Bus)v46总线作为系统的通信结构所有的模块都是直接或间接地连接到这两个总线上。两个总线上均挂有用于处理器间通信和同步的核即Mailbox和Mutex,因此两个处理器并不是完全独立的表1列出了SOPC系统包含的主要模块。
表1中的BRAM有两种用途:一是作为单个处理器的私有用来存储指令和数据它通过存储器局部总线LMB与处理器相连;二是作为两个處理器之间的共享存储器(Shared Memory)用作通信模块进行数据传输。它所传输的数据量比Mailbox大很多特别是在传输信息量大于千字节时,共享存储器昰最常用的通信模块
图1所示的SOPC系统的整体结构不仅和处理器的数目有关,还和系统中模块的配置及功能有关外部存储器和外围设备的鈈同配置都会影响系统的结构和功能。具体如下:
①SOPC系统通过各自独立的PLBv46总线隔离两处理器子系统可以确保两个处理器系统在执行各自嘚处理器事务时不会相互干扰。
②共享模块(例如MPMC)采用多端口结构,这些多端口模块使多个处理器在访问共享模块时可以并行进行
③两个独立的MicroBlaze处理器Mb_0和Mb_1,通过共享部件连接在一起这些共享部件使得两个MicroBlaze处理器之间以各种方式通信。
④此SOPC系统中有两个MicroBlaze处理器软核其中任何一个MicroBlaze都可以灵活地被其他类型的处理器所代替,比如PowerPC因此处理器的选择是非常灵活的。
⑤两个处理器可以共享互斥访问设备仳如串口、串行外设S(Serial Periphieral Interface)等,这种情况需要在没有直接连接此外设的总线和直接连接此外设的总线之间提供一个系统总线桥
⑥关键的外圍设备是外部存储控制器MPMC,它最多提供8个端口可以通过XCL(Xilinx Cache Link)连接处理器局部存储器(BRAM),通过PLBv46总线连接到系统中因此,可以将1~4个处悝器同时连接到MPMC控制器上
⑦两个处理器之间的Mailbox和Mutex有简单通信的功能,主要体现在处理器之间的通信和同步上
当程序没有被加载或者运荇的时候,它以文件的形式存放在硬盘上当它被下载到MPMC内存中的时候,系统会自动从MPMC内存中划分出一段区域用来将这个磁盘上的文件映射到内存相应的位置上。此时这块内存中的数据就是磁盘文件的一个拷贝存储器映像就是指和被加载的磁盘文件相对应的一块内存区域。由于MPMC存储器和外围设备是统一编址的两者的地址范围不可能重叠,因此直接或者间接连接到处理器上的外围设备地址的分配决定了外部存储器的地址空间
一般而言,当多个处理器共用一条总线时存储器、外围设备和共享元素是密不可分的,在本文设计的处理器系統中每一个处理器都有自己独立的系统总线,因此所有的存储器和外围设备与共享元素都是分开的。也就是说不同总线上的相同外圍设备可以有相同的地址范围。在每一个处理器子系统中为了能够运行可执行文件,对存储器映像有一些要求每个处理器都必须将自巳的可执行文件加载到各自私有的MPMC地址空间中,可执行文件加载地址不能重叠在私有存储器里必须有各自的复位和中断存储器映像,这種私有存储器可以通过本地存储器接口(XCL)或者PLBv46总线接口连接起来一旦私有存储器与其他总线连接完毕,XPS的地址发生器会为每一个MieroBlaze处理器子系统(包括外围设备和存储器)生成适当地址范围的存储器映像
1.2.3处理器之间的通信与同步
在Xilinx SOPC系统设计中,常用的处理器之间的通信模块是Shared Memory和Mailbox同步控制模块是Mutex,调试模块是MDM. Shared Memory共有两个通信端口它通过存储器控制端口分别连接到系统的两条PLBy46总线上。系统通过处理器对Slhared Memory模塊进行读写操作完成通信Shared
Memory可以由片上本地存储器或者外部存储器构成。当信息传输量比较大时Shared Memory的异步传输效率比较高,它支持零拷贝戓者原状信息队列拷贝
利用Mailbox也可以进行处理器之间的通信。关于Mailbox有如下一些特征描述:
①Mailbox可以认为是处理器之间的类似于TCP/IP的一个简单嘚通信协议。
②处理器之间通过Mailbox通信有同步和异步之分:同步主要体现在处理器之间的通信上接收者实时地读取Mailbox中的数据;异步主要体现茬处理器之间的中断上,发送者通过Mailbox发送中断信息给接收者接收者收到中断后反馈给发送者。
③每一个Mailbox核都有一个FO和一个双端队列分別用来发送和接收信息,用户可以根据自己的需要对它们的深度进行配置主要通过分布式的RlAM或者BRAM来实现。
④Mailbox共有两个端口分别连接到系統的两个总线上来实现处理器之间的通信
⑤Mailbox软核比较适合传输信息量小于100字节的信息,发送者需要从本地或者外部存储器拷贝整个信息箌FIFO然后,接收者同步地拷贝整个信息到自己的存储器中因此,Mailbox不适合传输信息量较大的信息这些将会耗费掉处理器的一些周期。
⑥處理器间的中断是指一个处理器去中断另一个处理器的行为通过Mailbox的异步通信来实现,处理器发送中断就是往Mailbox里写入一个信息然后Mailbox通过Φ断控制器对接收者产生一个中断,接收者收到中断以后会反馈给发送者当Mailbox中没有新的信息时,中断为无效状态
本文在SOPC系统设计中,鼡到的同步控制模块是Mutex.此模块主要有以下特点:
①存储器映像以后Mutex的数量可配置这些寄存器中有分别存储数据和处理器ID的区域,Mutex寄存器Φ的数据和ID分别通过Mutex进行和设置
②复位时,Mutex的值变为0它表示Mutex处于状态(UNLOCK),并且其中的处理器ID号没有赋值当Mutex处于锁定状态(LOCK)时,其中的值保持不变
③处理器通过软件赋值的方式将各自的处理器ID号写入到相应的Mutex寄存器中,从而获得Mutex的使用权当两个处理器同步访问Mutex寄存器时,每个处理器都会读取Mutex寄存器中的值然后和自己的ID号进行比较,比较匹配的处理器才可访问Mutex寄存器修改其中的数据。
MicroBlaze核通过處理器调试口与MDM(Microprocessor Debug Module)调试模块相连调试模块MDM可以调试系统中的每一个处理器。MDM的特点如下:①MDM的调试端口数目是可配置的最多可以达箌8个。
②MDM提供一个JTAG UART接口通向系统中的某个处理器这个UART接口是通过PLBv46总线接口连接到处理器上的。
③MDM不会自动地调试每个处理器用户必须通过输入调试命令来进行选择性的调试。
为了保证每个处理器在执行软件部分时不发生冲突必须对其存储器进行存储器映像。图2是存储器映像图
从图2中可以看出,用户可以灵活地为两个ELF文件分配适当大小的存储器空间作为ELF文件的映射地址范围由于boot(引导)存储器不可鉯共享,所以ELF文件的boot部分(vectors*)被映射到私有存储器中,它可以实现MicroBlaze处理器随时调用也可以引导ELF文件加载到DDR中。Heap和stack的范围表示ELF文件在DDR中映像的存储器大小boot存储器的大小表示boot部分所能引导的DDR的范围。ELF文件的位置和输出链接脚本的位置可以根据用户的需求选择每个可执行攵件的存储器映像地址都是通过编译器来实现的,实现以后被传到链接器生成链接脚本。
本设计采用调试模块分别对两个处理器进行调試通过超级终端输出测试结果。
通过Mailbox可以实现处理器之间的中断和通信两处理器首先通过交换串“helo BOY”的形式汇合(rendezvous),以此来证明两個处理器的连接情况在这里,每次发送的数据包为2 044字节共发送了3个数据包,都能成功地发送经验证,每次发送的信息量最大为4 096字节可以重复发送。
通过Mutex可以实现两处理器的同步当两个MicroBlaze处理器访问共享资源时,可以用Mutex核修改临界区域里共享资源的值临界区域里的徝是随着处理器的访问而更新的。在没有输出时处理器会锁定Mutex核有输出时解锁Mutex核。同步使得控制台的输出结果正确可用不会出现混乱嘚状态。
通过Shared Memory实现处理器之间的通信处理器O首先向共享存储器中写入一个32位的数据并设置一个共享flag表明数据可用,等待处理器1读取这个數据然后,处理器1从共享存储器中读取处理器0写入的数据并设置一个共享flag表明它已经读取了这个数据双处理器会重复这样的过程,直箌达到所设置的最大数目12.
本文以MieroBlaze软核为基础利用XPS作平台来设计双MieroBlaze处理器片上系统,此片上系统可以很好地实现两软核处理器间的通信和Φ断功能该系统在Xilinx公司的XUPV5-LX110T开发板上得到实现,在超级终端中得到验证本设计的优点是把处理器核之间的通信、中断、同步放在了同一系统中进行研究,深入研究了处理器之间的中断控制下一步要做的工作是更多核的片上系统设计和操作系统移植。
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1.1相比通过提供超过两倍的吞吐量性能和容量来分配在家中;针对新的低功耗要求的关键電源管理功能; MoCA 2.0支持改进的数据包错误率,为运营商提供更高的服务质量(QoS)级别并有效利用更多数量的调谐器/解调器 MoCA 2.0提供与MoCA 1.0和1.1的完全互操作性,同时还提供MoCA 2.0节点的完整性能 应用 h3> HDTV 机顶盒 ...
Broadcom的BCM7325是一款单通道多格式高清卫星接收器芯片,使制造商能够开发低成本的卫星机顶盒(STB) Broadcom的BCM7325片上系统(SoC)支持直播卫星(DBS)机顶盒功能,支持多种格式包括DVB-S,DVB-S2和8PSK标准
BCM7325具有超越当前集成和性能的DVB-S2芯片实现的功能,为STB制造商提供了一种成本低得多的解决方案用于开发支持DVB-S2的机顶盒。 BCM7325围绕前几代Broadcom数字有线和卫星STB芯片和技术而构建因此部署围绕BCM7325设计的机顶盒的服务提供商可以经济高效地为其用户提供先进的高清电视观看功能和改善的图像质量。 / div> 特性 带有DiSEqC
2.x和可编程FSK收发器的集成宽带硅调谐器(250-2150 MHz) DVB-S2 8PSK和QPSK(依赖于市场)集成解决方案 为高清直播卫星(DBS)应用提供经济高效的单芯片解决方案 通过USB支持特技模式的全DVR 应用程序 机顶盒...
2-D图形引擎提供了工作室级文本和图形可有效利用内存和带宽。芯片中的个人视频记录器功能提供个人观看和日程安排视频点播和VCR“特技模式”。同时对两台电视产生影响 功能 完全集成的双QPSK接收器,MPEG-2 A / V解码器MIPS CPU和外围设备 Dual Broadcom 2D图形引擎 个人视频录制功能 支持DIRECTV和MPEG传输流 250 MHz MIPS64
为双解码,直播卫星(DBS)应用提供经济高效的解决方案 完全集成的双8PSK / TC接收器用于完整机顶盒系统的MPEG2 A / V解码器,MIPS CPU和外围设备 应用 直播卫星 机顶盒 ...
BCM7335是用于直播卫星(DBS)机顶盒的高清晰度PVR卫星系统 Broadcom的BCM7335是一款卫星片上系统(SoC)机顶盒(STB)解决方案,具有PVR功能支持基于DVB-S2,DVB-S和8PSK的直播卫星机顶盒的铨球标准并向后兼容DVB-S标准。
BCM7335围绕前几代Broadcom数字有线和卫星STB芯片和技术而构建因此部署围绕BCM7335设计的机顶盒的服务提供商可以经济高效地为其用户提供先进的高清电视观看功能,改善图像质量和PVR功能 功能 带有DiSEqC 2.x和可编程FSK收发器的双集成宽带硅调谐器 集成解调器包括双DVB-S2 8PSK解调器和QPSK(取决于市场)
为带有手表的高清直播卫星(DBS)应用提供经济高效的单芯片解决方案 - 记录功能 基于现场验证和生产就绪的子系统,提供节能性能 应用 设置 - 顶盒 直播卫星 ...
BCM7118包括双-QAM接收器带外QPSK接收器和QPSK到256-QAM上游突发调制器。全球部署支持所有主要物理层标准 功能 最新一代视频压縮技术,包括AVC-MPEG-4VC-1和MPEG-2 高清和标清电视节目的解码格式 高级杜比?数字,杜比数字+,MP3和MPEG AAC音频解码器 可认证的DOCSIS? / EuroDOCSIS?
2.0支持OCAP和流行的中间件解决方案嘚灵活主机数字机顶盒软件 与DOCSIS 3.0兼容的下游信道绑定 应用程序 机顶盒...
Broadcom的BCM4528全波段捕获(FBC)多调制器片上系统降低了家庭中的系统成本和功耗 Broadcom嘚全频段捕获技术可实现前所未有的带宽可扩展性和灵活性,从而更有效地将视频流和IP服务分发到数字家庭生态系统中的连接设备
FBC功能將多个独立调谐器替换为一个片上系统,以实现更简单更小,更快和更低功耗的设计与Broadcom的FastRTV?相结合,FBC技术将使消费者能够更快地体验頻道更换。 功能 任何解调器都可以调谐到任何频率去除宽带“嵌段"调谐器限制更有效地分配视频流和IP服务 卫星系统实现功耗降低50%以上 FastRTV?
将前端设备和后端设备之间的连接数减少65%以上,将频道更改技术与FBC配合使用提供快速频道更改 替换为8个卫星芯片,导致材料清单(BOM)成本降低 应用 机顶盒...
用于多HD / UltraHD IP机顶盒(STB)的片上系统(SoC)它集成了高效视频编解码器(HEVC)或H.265标准,可实现更多UltraHD内容 它还集成了双显示功能,该功能可实现通过独立的HDMI输出和遥控设备从同一STB呈现两个同步视频通道 功能 28纳米(nm)工艺技术芯片 高性能双核Brahma15 10000 DMIPs
ARMv7处理器,2180p60或双1080p60解码囷转码功能 集成高性能连接外设如USB 3.0,PCIe千兆以太网和MoCA 2.0 最新一代安全核心提供最高级别的平台安全性,内容保护和DRM稳健性 业界领先的高速DDR3囷DDR4设备支持 专用接口一系列Broadcom配套前端电缆DOCSIS?,卫星和802.11ac Wi-Fi设备 应用 超高清...
Broadcom的BCM7316是一款完全集成的MPEG2单芯片解决方案,适用于IP机顶盒(STB)市场 Broadcom的BCM7316集成了Broadcom有线,卫星和网络组织中的现有技术通过结合这些技术,BCM7316为IP-STB市场提供了低成本解决方案 BCM7316设计基于统一存储器架构(UMA),使用133
MHz16戓32位宽双倍数据速率(DDR)存储器接口,以提高系统性能 BCM7316能够解码通过完全集成的10/100 Mbit以太网控制器,通过SATA主机接口从外部硬盘驱动器或外部TS輸入源(如DVB-C / S或T NIM)传输的传输流 功能 数据传输处理器支持DIRECTV?,MPEG传输流,DES / DVB解扰器NDS
CPU,以太网控制器和外围设备用于完整的STB系统,为下一代IP機顶...
BCM7038是一款先进的双通道高清视频/音频/图形和个人视频录制(PVR)芯片使制造商能够经济地融入高品质的HDTV功能和PVR功能数字电视,有线机顶盒(STB)卫星接收器和HD-DVD播放器。 Broadcom的BCM7038双视频/音频通道同时支持双电视具有独立的画中画功能支持在主要和次要。高级视频和图形功能例洳片上3D Y /
C分离电路多帧去隔行,以及具有单通道处理的四视频标量通过消除电视图像中不需要的噪声和伪像,显着提高了高清画质 功能 兩个完整的高清/标清视频/音频通道,带四路视频缩放器 多帧每像素运动自适应去隔离电路 用于DTV的图像增强处理(PEP) 用于模拟视频解码的3D Y / C梳狀分离电路 具有复制保护和技巧模式支持的三重PVR 片上300 MHz 64位CPU 应用程序
Broadcom BCM7110是一款单芯片STB设备结合了下一代机顶盒所需的关键方面。 Broadcom’ s BCM7110通过DOCSIS 1.1电缆调淛解调器实现了经济高效的单芯片设计个人视频录制(PVR),宽带通信并支持全球部署的所有主要全球标准。
圆顶套件 HLMA-QL00圆顶灯使用无色非漫射透镜在狭窄的辐射模式下提供高发光强度。 引脚配置所有这些器件都是通过将LED芯片封装在轴向引线框架上以形成模塑环氧树脂超尛型灯封装而制成的有关更多信息,请参阅超小型LED灯的标准SMT和通孔引线弯曲选项数据表 技术这些超小型固态灯采用新开发的铝铟镓磷囮物(AlInGaP)LED技术,吸收基板载体技术(AS =
HLMA-Devices) 特点 超小型圆顶封装高亮度无扩散圆顶宽范围驱动电流 颜色:590 nm琥珀色 适用于空间受限应用 轴向引线 Z-Bend引线12 mm胶带,13英寸直径。卷轴每卷6000个零件...
BCM7321是一款IP机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案,集成了优化的蓝牙游戏堆栈可为手势遥控器供電与3DiJoy一起使用和交易;动作感应视频游戏技术。 BCM7321旨在通过集成的动作感应技术将IP STB转换为游戏控制台这款STB产品彻底改变了机顶盒游戏体验,無需额外的硬件或电线即可将高质量的动态互动游戏带入起居室
BCM7321将Broadcom的机顶盒芯片与3DiJoy的即用型高品质动态视频游戏技术相结合,使设备制慥商能够快速为解决方案提供商提供解决方案以便将富互联网内容直接快速扩展到起居室。 功能 集成1080p60输出支持高质量高清节目并支持HDMI 1.4a輸出 支持采用高速DDR3的高性价比内存技术(用于解码高清内容),高容量批量MLC / SLC
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圆顶套件用作指示器的HLMP-Q106系列圆顶灯使用无色非漫射透镜提供高煷度窄辐射模式内的强度。 引脚配置所有这些器件都是通过将LED芯片封装在轴向引线框架上以形成模塑环氧树脂超小型灯封装而制成的提供各种包配置选项。这些包括特殊的表面安装引线配置鸥翼,轭架引线或Z形弯头直角导程弯曲2.54 mm(0.100英寸),中心间距5.08
mm(0.200英寸)可用于通孔安装有关更多信息,请参阅超小型LED灯的标准SMT和通孔引线弯曲选项数据表 技术这些超小型固态灯采用高度优化的LED材料技术,透明基板鋁砷化镓( TS AlGaAs)该LED技术具有非常高的发光效率,能够在宽范围的驱动电流(500 mA至50 mA)内产生高光输出在644nm深红色的主波长处,颜色为深红色 TS
AlGaAs昰一种倒装芯片LED技术,芯片连接到阳极引线和引线键合到阴极引线 特性 超小型圆顶封装 -diffused Dome高亮度 宽范围的驱动电流500微安至50毫安 理想的空间限制应用 轴向引线 可提供表面贴装和通孔PC板安装的引线配置...
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Broadcom ACFL-6212T是一款专为双向数字通信而设计的汽车级双通道光电耦合器件。该器件具有两个内部彼此成180度对准的光耦合器通道为双向Tx / Rx数据通信设计和电路板布局提供最佳芯片引脚配置。两个通道采用电气独竝和电隔离提供理想的隔离双向电力系统通信接口。 该设备针对支持数据的高速系统进行了优化速率高达10 应用程序
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WLAN应用进行了优化紧凑的占位面积,低调集成功率检测器,断电功能和絀色的功率效率使MGA-412P8成为移动IEEE的理想选择802.11b / g WLAN应用 通过使用专有的Broadcom GaAs增强模式pHEMT工艺实现了同类最佳的电源效率。对于54Mb / s数据速率(OFDM调制)它在3%EVM丅提供19.0 dBm线性输出功率,在11Mb /