Blackfin İşlemci: Mimari, Özellikler ve Uygulamaları

Blackfin işlemci, Analog Devices ve Intel aracılığıyla Mikro Sinyal Mimarisi (MSA) olarak tasarlandı, geliştirildi ve pazarlandı. Bu işlemcinin mimarisi Aralık 2000'de duyuruldu ve ilk olarak ESC'de gösterildi ( Gömülü sistemler Konferansı) Haziran 2001'de. Bu Blackfin işlemci, temel olarak mevcut gömülü ses, video ve iletişim uygulamalarının güç kısıtlamalarına ve hesaplama taleplerine ulaşmak için tasarlanmıştır. Bu makalede, bir siyah yüzgeçli işlemci – mimari ve uygulamaları.

Blackfin İşlemci nedir?

Blackfin işlemci, 16 veya 32 bitlik bir mikroişlemci 16-bit MAC'ler (çarpma-biriktirme) aracılığıyla sağlanan dahili, sabit noktalı bir DSP işlevselliği içerir. Bunlar işlemciler esas olarak, gerçek zamanlı H.264 video kodlaması gibi zorlu sayısal görevleri aynı anda gerçekleştirirken işletim sistemini çalıştırabilen birleşik düşük güçlü bir işlemci mimarisi için tasarlanmıştır.

Bu işlemci, genel amaçlı mikro denetleyicilerde bulunan öznitelikleri kolayca kullanarak 32 bit RISC ve çift 16 bit MAC sinyal işleme işlevselliğini birleştirir. Dolayısıyla, bu işleme nitelikleri kombinasyonu, Blackfin İşlemcilerin hem kontrol işleme hem de sinyal işleme uygulamalarında benzer şekilde başarılı olmasını sağlar. Bu yetenek, hem donanım hem de yazılım tasarımının uygulama görevlerini büyük ölçüde basitleştirir.

Blackfin Özellikleri:

• Bu işlemci, ürün yelpazesini basitçe karşılayan/yenen işleme performansı da dahil olmak üzere tek komut seti mimarisine sahiptir. dijital sinyal işlemcisi veya daha iyi maliyet, güç ve bellek verimliliği sağlamak için DSP.
• Bu 16 veya 32 bit mimarili işlemci, yakında çıkacak tümleşik uygulamalara izin verir.
  Tek bir çekirdek içinde multimedya, sinyal ve kontrol işleme.
• Geliştiricilerin üretkenliğini artırır.
• Güç tüketimi veya sinyal işleme için dinamik güç yönetimi boyunca ayarlanabilir performansa sahiptir.
• Çeşitli araç zincirleri ve işletim sistemleri tarafından basit bir şekilde desteklenen çeşitli tasarımlara çok hızlı bir şekilde uyarlanır.
• Çekirdek performansla birleştirilmiş güçlü yazılım geliştirme ortamı nedeniyle minimum optimizasyon gerektirir.
• Blackfin işlemci, sektör lideri geliştirme araçlarını destekler.
• Bu işlemcinin performansı ve rakip DSP'lerin yarısı kadar gücü, gelişmiş spesifikasyonlara ve yeni uygulamalara izin verir.

Blackfin İşlemci Mimarisi

Blackfin işlemci, bir mikro denetleyici biriminin hem işlevlerini hem de dijital sinyal işleme esneklik sağlayarak tek bir işlemci içinde. Dolayısıyla bu işlemci, değişken uzunluk gibi bazı özellikler içeren bir SIMD (tek komutlu çoklu veri) işlemci içerir. RİSK yönergeler, izleme zamanlayıcısı, çip üzerinde PLL, bellek yönetim birimi, gerçek zamanlı saat, 100 Mbps'lik seri bağlantı noktaları, UART kontrolörler & SPI bağlantı noktaları.

MMU çoklu destekler DMA çevre birimleri ve FLASH, SDRAM ve SRAM bellek alt sistemleri arasında veri aktarımı için kanallar. Ayrıca veri önbelleklerini ve yapılandırılabilir çip üzerinde talimatı da destekler. Blackfin işlemci, 8, 16 ve 32 bit aritmetik işlemleri destekleyen basit bir donanımdır.

Blackfin mimarisi temel olarak mikro sinyal mimarisine dayalıdır ve bu mimari, 32 bitlik bir RISC komut seti ve ikili 16 bitlik çarpma toplamalı 8 bitlik video talimat setini içeren ADI (Analog Devices) ve Intel tarafından ortaklaşa geliştirilmiştir. (MAC) birimleri.

Analog cihazlar, Blackfin'in komut seti mimarisi aracılığıyla DSP ve MCU gereksinimleri arasında bir denge sağlama yeteneğine sahiptir. Genel olarak, Blackfin işlemci, güçlü VisualDSP++ yazılım geliştirme araçlarıyla birleştirilir, ancak artık C veya C++ kullanarak, eskisinden çok daha kolay bir şekilde yüksek verimli kod üretmek mümkündür. Gerçek zamanlı gereksinimler için işletim sistemi desteği kritik hale gelir, bu nedenle Blackfin bir hayır'ı destekler. işletim sistemleri ve bellek koruması. Blackfin işlemci, hem BF533, BF535 ve BF537 gibi tek çekirdekli hem de BF561 gibi çift çekirdekli modellerde gelir.

Blackfin işlemci mimarisi, PPI (Paralel Çevresel Arabirim), SPORTS (Seri Bağlantı Noktaları), SPI (Seri Çevresel Arabirim), UART (Evrensel Eşzamansız Alıcı Verici), Genel amaçlı zamanlayıcılar, RTC (Gerçek Zamanlı) gibi farklı çip üzerinde çevre birimleri içerir Saat), Watchdog zamanlayıcısı, Genel amaçlı G/Ç (programlanabilir bayraklar), Denetleyici Alan Ağı (CAN) Arayüzü , Ethernet MAC, Çevresel DMA'lar -12, El Sıkışma DMA'sı, TWI (İki Kablolu Arabirim) Denetleyici, bir Hata Ayıklama veya JTAG 32 ile Arayüz ve Olay İşleyici Yarıda kesmek Girişler. Mimarideki tüm bu çevre birimleri, farklı yüksek bant genişliğine sahip veri yolları aracılığıyla çekirdeğe bağlanır. Bu nedenle, bu çevre birimlerinden bazılarının açıklaması aşağıda verilmiştir.

ÜFE veya Paralel Çevresel Arayüz

Blackfin işlemci, Paralel Çevresel Arayüz olarak da bilinen bir PPI sağlar. Bu arayüz, paralel analogdan dijitale ve dijitalden analoğa dönüştürücülere, video kodlayıcılara ve kod çözücülere ve ayrıca diğer genel amaçlı çevre birimlerine doğrudan bağlanır.

Bu arayüz, özel bir giriş CLK pimi, üç çerçeve senkronizasyon pimi ve 16 veri pimi içerir. Burada giriş CLK pimi, sistem CLK hızının yarısına eşit paralel veri hızlarını destekler. Üç farklı ITU-R 656 modu, yalnızca Aktif Video, Dikey Boşaltma ve tüm alanı destekler.

ÜFE'nin genel amaçlı modları, çok çeşitli iletim ve veri yakalama uygulamalarına uyacak şekilde verilmiştir. Dolayısıyla bu modlar, Dahili Olarak Üretilen Çerçeve Senkronizasyonları Yoluyla Veri Alma, Dahili Olarak Üretilen Çerçeve Senkronizasyonları Yoluyla Veri İletimi, Harici Olarak Üretilen Çerçeve Senkronizasyonları Yoluyla Veri İletimi ve Harici Olarak Üretilen Çerçeve Senkronizasyonları Yoluyla Alınan Veriler ana kategorilerine ayrılmıştır.

Spor Dalları

Blackfin işlemci, seri ve çok işlemcili iletişimler için kullanılan iki adet çift kanallı senkron seri bağlantı noktası SPORT0 ve SPORT1 içerir. Yani bunlar, destekleyen yüksek hızlı ve senkronize seri portlardır. I²S , TDM ve bağlantı için diğer çeşitli yapılandırılabilir çerçeveleme modları DAC'ler , ADC'ler, FPGA'lar ve diğer işlemciler.

SPI veya Seri Çevresel Arabirim Bağlantı Noktası

Blackfin işlemci, işlemcinin çeşitli SPI uyumlu cihazlarla iletişim kurmasını sağlayan bir SPI bağlantı noktası içerir. Bu arayüz, verileri iletmek için basitçe üç pin, veri pinleri-2 ve bir CLK pini kullanır. SPI portunun seçili giriş ve çıkış pinleri, hem master & slave modlarını hem de multi-master ortamlarını destekleyen tam çift yönlü bir SSI (senkronize seri arayüz) sağlar. Bu SPI bağlantı noktasının baud hızı ve saat fazı veya kutupları programlanabilir. Bu bağlantı noktası, veri akışlarını iletmeyi/almayı destekleyen entegre bir DMA denetleyicisine sahiptir.

Zamanlayıcılar

Blackfin işlemcide 9 programlanabilir zamanlayıcı birimi bulunur. Bu zamanlayıcılar, işlemcinin saatine veya harici bir sinyal sayısına eşitlemeye yönelik periyodik olaylar sağlamak için işlemci çekirdeğinde kesintiler oluşturur.

UART

UART terimi, “evrensel asenkron alıcı verici” bağlantı noktası anlamına gelir. Blackfin işlemci, PC standardı UART'lar için tamamen uygun olan 2 yarı çift yönlü UART bağlantı noktası sağlar. Bu bağlantı noktaları, DMA destekli, yarı çift yönlü, eşzamansız seri veri aktarımları sağlamak için diğer ana bilgisayarlara veya çevre birimlerine temel bir UART arabirimi sağlar.

UART bağlantı noktaları, 5 ila 8 veri biti ve 1 veya 2 durdurma biti içerir ve Programlanmış G/Ç ve DMA gibi 2 çalışma modunu destekler. Birinci modda, işlemci, verilerin hem gönderme hem de alma sırasında iki kez arabelleğe alındığı G/Ç eşlemeli kayıtları okuma/yazma yoluyla iletir veya alır. İkinci modda, DMA denetleyicisi verileri iletir ve alır ve &'den belleğe veri iletmek için gerekli kesme sayısını azaltır.

RTC veya Gerçek Zamanlı Saat

Blackfin işlemcinin gerçek zamanlı saati, kronometre, şimdiki zaman ve alarm gibi farklı özellikler sunar. Böylece, gerçek zamanlı saat, Blackfin işlemciye harici bir 32.768 kHz kristal ile saatlenir. İşlemci içindeki RTC, Blackfin işlemcinin geri kalanı düşük güç durumundayken bile açık ve saatli kalabilen güç kaynağı pinlerine sahiptir. Gerçek zamanlı saat, bir dizi programlanabilir kesme seçeneği sunar. 32.768 kHz giriş CLK frekansı, bir Prescaler aracılığıyla 1 Hz'lik bir sinyale ayrılır. Diğer cihazlara benzer şekilde, gerçek zamanlı saat, Blackfin işlemciyi Derin Uyku modundan/Uyku modundan uyandırabilir.

Bekçi Zamanlayıcısı

Blackfin işlemci, bir yazılım izleme işlevini yürütmek için kullanılan 32 bitlik bir izleme zamanlayıcısına sahiptir. Böylece programlayıcı, zamanlayıcının uygun kesintiye izin veren sayım değerini başlatır ve ardından zamanlayıcıya izin verir. Bundan sonra yazılım, programlanan değerden '0'a kadar saymadan önce sayacı yeniden yüklemelidir.

GPIO veya Genel Amaçlı G/Ç

GPIO, giriş, çıkış veya her ikisi olarak kullanılan ve yazılım aracılığıyla kontrol edilen bir dijital sinyal pimidir. Blackfin işlemci, sırasıyla Port G, Port H ve Port F ile bağlantılı PORTFIO, PORTHIO ve PORTGIO gibi 3 ayrı GPIO modülü boyunca 48 çift yönlü GPIO (genel amaçlı G/Ç) pinleri içerir. Her genel amaçlı bağlantı noktası pimi, GPIO DCR, GPIO CSR, GPIO IMR ve GPIO ISR gibi durum, bağlantı noktası kontrolü ve kesme kayıtları kullanılarak ayrı ayrı kontrol edilir.

Ethernet MAC'i

Blackfin işlemcideki Ethernet MAC çevre birimi, bir MII (Medyadan Bağımsız Arayüz) ile Blackfin'in çevre birimi alt sistemi arasında 10 ila 100 Mb/sn sağlar. MAC, hem Tam Çift Yönlü hem de Yarım Çift Yönlü modlarda çalışır. Ortam erişim denetleyicisi, işlemcinin CLKIN piminden dahili olarak saatlenir.

Hafıza

Blackfin İşlemci mimarisinin belleği, cihazın uygulanmasında hem Düzey 1 hem de Düzey 2 bellek bloklarını sağlar. Veri ve yönerge belleği gibi L1 belleği, doğrudan işlemci çekirdeğine bağlanır, tam sistem CLK hızında çalışır ve kritik zaman algoritması bölümleri için maksimum sistem performansı sağlar. SRAM bellek gibi L2 bellek, biraz daha düşük performans sağlayan daha büyüktür, ancak yine de çipsiz bellekle karşılaştırıldığında daha hızlıdır.

L1 belleğin yapısı, mikrodenetleyicilerde programlar sunarken sinyalleri işlemek için gerekli performansı sağlamak üzere uygulanmaktadır. Bu, Ll belleğinin SRAM, önbellek veya her ikisinin bir kombinasyonu olarak düzenlenmesine izin verilerek elde edilir.

Önbellek ve SRAM programlama modellerini destekleyen sistem tasarımcıları, gerçek zamanlı kontrol veya işletim sistemi görevlerini önbellekte depolarken, düşük gecikme süresi ve yüksek bant genişliğine ihtiyaç duyan kritik gerçek zamanlı sinyal işleme veri setlerini SRAM'a atar.

Önyükleme Modları

Blackfin işlemci, bir sıfırlamadan sonra otomatik olarak dahili L1 komut belleği yüklemesi için altı mekanizma içerir. Bu nedenle, farklı önyükleme modları temel olarak şunları içerir; 8 bit ve 16 bit harici flash bellekten, seri SPI bellekten önyükleme modu. SPI ana bilgisayar cihazı, UART, seri TWI bellek, TWI Host ve önyükleme serilerini atlayarak 16 bit harici bellekten çalışır. İlk 6 önyükleme modunun her biri için, önce harici bir bellek aygıtından 10 baytlık bir başlık okunur. Yani, başlık hayır gösterir. aktarılacak bayt sayısı ve bellek hedef adresi. Herhangi bir önyükleme serisi aracılığıyla birkaç bellek bloğu yüklenebilir. Tüm bloklar basit bir şekilde yüklendiğinde, program yürütme L1 talimatı SRAM'ın başından itibaren başlar.

Adresleme Modları

Blackfin işlemcinin adresleme modları, tek bir erişim belleğinin ve adreslemenin bir konumu nasıl belirleyeceğini basitçe belirler. Blackfin işlemcide kullanılan adresleme modları, dolaylı adresleme, otomatik artırma/azaltma, değiştirme sonrası, anında ofset ile indeksleme, dairesel arabellek ve Bit ters çevirmedir.

Dolaylı Adresleme

Bu modda, komut içindeki adres alanı, verimli işlenenin adresinin bulunduğu her yerde bellek veya kaydın konumunu içerir. Bu adresleme, Dolaylı Kayıt ve Dolaylı Bellek gibi iki kategoriye ayrılır.

Örneğin YÜK R1, @300

Yukarıdaki talimatta, etkili adres basitçe hafıza yeri 300'de saklanır.

Otomatik Arttırma/Azaltma Adresleme

Otomatik artışlı adresleme, doğrudan girişten sonra İşaretçiyi ve İndeks kayıtlarını günceller. Artış miktarı esas olarak kelime boyutunun boyutuna bağlıdır. 32-bit kelime erişimi, '4' ile İşaretçi güncellemesi içinde sonuçlanabilir. 16 bit kelime erişimi İşaretçiyi '2' ile günceller ve 8 bit kelime erişimi İşaretçiyi '1' ile günceller. Hem 8-bit hem de 16-bit'in okuma işlemleri, içeriği hedef yazmaca sıfır genişletme/işaretleme genişletmeyi gösterebilir. İşaretçi kayıtları esas olarak 8, 16 ve 32 bit erişimler için kullanılırken, İndeks kayıtları yalnızca 16 ve 32 bit erişimler için kullanılır.

Örneğin: R0 = W [ P1++ ] (Z) ;

Yukarıdaki talimatta, 16 bitlik bir kelime işaretli bir adresten 'P1' İşaretçi kaydı aracılığıyla 32 bitlik bir hedef kaydına yüklenir. Bundan sonra İşaretçi 2 ile artırılır ve kelime 32 bitlik hedef kaydını dolduracak şekilde '0' uzatılır.

Benzer şekilde otomatik azaltma, giriş sağından sonra adresi azaltarak çalışır.

Örneğin: R0 = [ I2– ] ;

Yukarıdaki talimatta, hedef yazmaca 32 bitlik bir değer yüklenir ve Index kaydını 4 azaltır.

Değişiklik Sonrası Adresleme

Bu tür bir adresleme, yalnızca etkin adres gibi Dizin/İşaretçi kayıtları içindeki değeri kullanır. Bundan sonra, onu kayıt içeriğiyle değiştirir. İndeks kayıtları, değiştirilmiş kayıtlarla basitçe değiştirilirken, işaretçi kayıtları, diğer işaretçi kayıtları tarafından değiştirilir. Hedef kayıtları gibi, değişiklik sonrası tip adresleme, İşaretçi kayıtlarını desteklemez.

Örneğin: R3 = [ P1++P2 ] ;

Yukarıdaki talimatta, 'R3' kaydına 32 bitlik bir değer yüklenir ve 'P1' kaydı tarafından işaret edilen hafıza konumunda bulunur. Bundan sonra, 'P2' kaydındaki değer, P1 kaydındaki değere eklenir.

Anında Ofset ile İndekslendi

Dizinlenmiş adresleme, programların veri tablolarından değer almasına izin verir. İşaretçi kaydı, hemen alan tarafından değiştirilir, bundan sonra etkin adres olarak kullanılır. Dolayısıyla İşaretçi kayıt değeri güncellenmez.

Örneğin, P1 = 0x13 ise [P1 + 0x11], tüm erişimlerle ilişkilendirilen [0x24]'e verimli bir şekilde eşdeğer olacaktır.

Bit Ters Adresleme

Bazı algoritmalar için programlar, özellikle FFT (Hızlı Fourier Dönüşümü) hesaplamaları için sıralı sırayla sonuç elde etmek için bit ters taşıma adreslemesi gerektirir. Bu algoritmanın gereksinimlerini karşılamak için, Veri Adresi Üreticilerinin bit ters adresleme özelliği tekrar tekrar veri serilerinin alt bölümlere ayrılmasına ve bu verilerin bit ters sırayla saklanmasına izin verir.

Dairesel Tampon Adresleme

Blackfin işlemci, bir Dizin Kaydını önceden tanımlanmış bir adres aralığı kadar basitçe artıran, ardından bu aralığı tekrarlamak için dizin kayıtlarını otomatik olarak sıfırlayan isteğe bağlı dairesel adresleme gibi bir özellik sağlar. Dolayısıyla bu özellik, her seferinde adres dizin işaretçisini kaldırarak giriş/çıkış döngüsünün performansını artırır.

Dairesel tampon adresleme, bir dizi sabit boyutlu veri bloğunu tekrar tekrar yüklerken veya saklarken çok kullanışlıdır. Dairesel arabelleğin içeriği şu koşulları karşılamalıdır:

• Dairesel tampon maksimum uzunluğu, büyüklüğü 231'in altında olan işaretsiz bir sayı olmalıdır.
• Değiştiricinin büyüklüğü, dairesel tampon uzunluğunun altında olmalıdır.
• 'I' işaretçisinin ilk konumu, 'L' uzunluğu ve 'B' tabanı ile tanımlanan dairesel tamponda olmalıdır.

Yukarıdaki koşullardan herhangi biri karşılanmazsa, işlemcinin davranışı belirtilmez.

Blackfin İşlemci Kayıt Dosyası

Blackfin işlemci, aşağıdakiler gibi üç kesin kayıt dosyası içerir; Veri Kayıt Dosyası, İşaretçi Kayıt Dosyası ve DAG kaydı.

• Veri kayıt dosyası, hesaplama birimleri için kullanılan veri yollarını kullanarak işlenenleri toplar ve hesaplama sonuçlarını depolar.
• İşaretçi kayıt dosyası, adresleme işlemleri için kullanılan işaretçileri içerir.
• DAG kayıtları, DSP işlemleri için kullanılan sıfır ek yükü olan dairesel arabellekleri yönetir.

Blackfin işlemci, birinci sınıf güç yönetimi ve performans sağlar. Bunlar, genel güç kullanımını önemli ölçüde azaltmak için hem voltajı hem de çalışma frekansını değiştirebilen düşük voltaj ve düşük güç tasarım metodolojisi ile tasarlanmıştır. Dolayısıyla bu, sadece çalışma frekansını değiştirmekle karşılaştırıldığında, güç kullanımında önemli bir azalmaya neden olabilir. Bu, kullanışlı cihazlar için pil ömrünün daha uzun olmasını sağlar.

Blackfin işlemci, DDR-SDRAM, SDRAM, NAND flaş, SRAM ve NOR flaş gibi farklı harici bellekleri destekler. Bazı Blackfin işlemciler ayrıca SD/SDIO ve ATAPI gibi toplu depolama arayüzleri içerir. Ayrıca harici bellek alanında 100 megabaytlık belleği destekleyebilirler.

Avantajlar

bu Blackfin işlemcinin avantajları aşağıdakileri dahil edin.

• Blackfin İşlemciler, sistem tasarımcısına temel faydalar sağlar.
• Blackfin işlemci, çoklu formatta ses, video, ses ve görüntü işleme, gerçek zamanlı güvenlik, kontrol işleme ve çok modlu ana bant paket işleme gibi yakınsama uygulamaları için yazılım esnekliğinin yanı sıra ölçeklenebilirlik sunar
• Verimli kontrol işleme kapasitesi ve yüksek performanslı sinyal işleme, farklı yeni pazarlara ve uygulamalara izin verir.
• DPM (Dinamik Güç Yönetimi), sistem tasarımcısının özellikle cihazın güç tüketimini son sistemin gereksinimlerine göre değiştirmesine olanak tanır.
• Bu işlemciler, geliştirme süresini ve maliyetlerini büyük ölçüde azaltır.

Uygulamalar

bu Blackfin işlemci uygulamaları aşağıdakileri dahil edin.

• Blackfin işlemciler, aşağıdakiler gibi birçok uygulama için idealdir: ADAS (otomotiv gelişmiş sürücü destek sistemleri) , gözetim veya güvenlik sistemleri ve endüstriyel yapay görme.
• Blackfin uygulamaları arasında servo motor kontrol sistemleri, otomotiv elektroniği, izleme sistemleri ve multimedya tüketici cihazları bulunur.
• Bu işlemciler basitçe mikrodenetleyici ve sinyal işleme işlevlerini yerine getirir.
• Bunlar ses, proses kontrolü, otomotiv, test, ölçüm vb. için kullanılır.
• Blackfin İşlemciler, geniş bant kablosuz, mobil iletişim ve ses veya video özellikli İnternet cihazları gibi sinyal işleme uygulamalarında kullanılır.
• Blackfin, ağa bağlı ve akışlı medya, dijital ev eğlencesi, otomotiv telematiği, bilgi-eğlence, mobil TV, dijital radyo vb. yakınsama uygulamalarında kullanılır.
• Blackfin işlemci, çok formatlı ses, ses, video, çok modlu temel bant, görüntü işleme, paket işleme, gerçek zamanlı güvenlik ve kontrol işlemenin önemli olduğu uygulamalarda kullanılan güç verimliliğine ve en yüksek performansa sahip gömülü bir işlemcidir.

Böylece, bu Blackfin İşlemciye genel bakış – mimari, avantajlar ve uygulamaları. Bu işlemci, sinyal işleme ve mikrodenetleyici işlevlerini gerçekleştirir. İşte size bir soru, işlemci nedir?