（信号与信息处理专业论文）基于pxa270的蓝牙视频终端的设计与实现.pdf

基于p ) ( a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 摘要 基于p 址7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 摘要 近年来，嵌入式技术迅速发展，各种新的嵌入式微处理器和嵌入 式产品层出不穷。p x a 2 7 0 作为i n t e l 公司新近推出的高端处理器，基 于x s c a l e 架构，具有优异的多媒体处理性能。 本文首先介绍了嵌入式技术的背景和特点，研究了p 墟7 0 芯片 和x s c a l e 架构的原理，并对嵌入式l i l l u x 系统进行了分析。 本文随后描述了基于p 心7 0 的视频终端的设计与实现过程。首 先通过分析p 嘘7 0 开发板的硬件及接口原理，编译烧写a r ml i n u x 到开发板上；为宿主机安装r e d h a tl i n u x 操作系统，并将目标板与宿 主机连接，建立主机开发环境；移植视频解码播放软件到嵌入式开发 板，使p 墟7 0 开发板具有视频播放能力；搭建基于w i n d o w s 操作系 统的视频共享服务器，使开发板可通过网络远程播放服务器视频文 件，实现嵌入式远程视频终端的设计。 在此基础上，本文又简要介绍了蓝牙技术，并研究了蓝牙模块在 视频共享服务器和嵌入式开发板上的安装配置方法，为视频共享服务 器和p 墟7 0 开发板添加蓝牙功能，完成了嵌入式移动视频终端的最 终设计。 关键字：嵌入式p 眈7 0a r m l i n u x蓝牙视频终端 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 d e s i g na n d r a l i z a t i o no fb l u e t o o t hv i d e ot e r m i n a l b a s e do np x a 2 7 0 a b s t r a c t i ni e c e n ty e a r s ，t h ee m b e d d e dt e c h n o l o g yd e v e l o p sr a p i d l y ；a n da l l k i n d so fn e we m b e d d e dm i c r o p r o c e s s o r sa n de m b e d d e dp r o d u c t se m e 玛e o n ea n e ra n o t h e ri n c e s s a n t l y 触i n t e l sn e wh i g l l - e n dp r o c e s s o r ，b a s e do n x s c a l e a r c h i t e c t u r e ， p x ：a 2 7 0h a s s u p e r i o r m u l t i m e d i a p r o c e s s i n g p e 渤加a n c e i nt h i s p a p e r t h ee m b e d d e d t e c h n o l o g yb a c k g r o u n d a n dt h e c h a r a c t e r i s t i ch a sb e e ni 1 1 t r o d u c e df i r s t t h e nt h ep x - 气2 7 0c h i pa n d b c a l e 仃a m ep r i n c i p l eh a sb e e ns t u d i e d ，a n de m b e d d e dl i n u xs y s t e m s b e e na n a l y z e d t h i sp a p e rt h e nd e s c r i b e st h ed e s i g i l 卸di m p l e m e n t a t i o no ft h e v i d e ot e n n i n a l sb a s e do np 叉：a 2 7 0 f i r s t l y ，t h i sp a p e ra n a l y s e sp 叉：a 2 7 0 d e v e l o p m e n t b o a r d sh a r d w a r ea n di n t e r f a c e p r i i l c i p l e ，a n d s t a n p r o g r a m m i n ga r m l i n u xt ot h eb o a r d ；s e c o n d l y ，t h er e d h a tl i n u xo s w i ub ei n s t a l l e do nt h eh o m e d - h o s t ，a n dt h et a 唱e tb o a r da n dh o m e d - h o s t b ej o i n e dt o g e t h e r ；7 1 1 l et h i r ds t e pi s t r a n s p l a n t t i n gt h ev i d e od e c o d e r p l a y e rt ot h ee m b e d d e dd e v e l o p m e n tb o a r d ，t oe n a b l ei th a v et h ev i d e o p l a y i n gc a p a b i l i t y ；t h e n ，i fav i d e os h a r i n gs e r v e rb a s e do nw i n d o w so s b e b u i l e d ，t h ed e v e l o p m e n tb o a r dc a np l a yv i d e o so nt h es e e rt h r o u g h n e t 、o r l 【 o nt h i s b a s i s ， t h i s p a p e r a l s o b r i e f l yi n t r o d u c e d t h eb l u e t o o t h t e c h n o l o g y ；a n ds t u d i e dh o w t oi n s t a l lb l u e t o o t hm o d u l e t h e nb l u e t o o t h f u n c t i o nw a sa d d e do nt h ev i d e o s h a r i n g s e i v e r sa n dp ) ( a 2 7 0 d e v e l o p m e n tb o a r d ，t h em o b i l ev i d e ot e r m i n a lw a sd e s i g n e dc o m p l e t e l y k e yw o r d s ： e m b e d d e dp x a 2 7 0a r m l i n u x b l u e t o o t hv i d e ot e r m i n a l 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：；l 忌 日期：型墨：乏! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。厂 本人签名： 望f ：丝 日期：垄竺：三：坌 刷磁轹耳车一 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第一章绪论 第一章绪论 电子数字计算机诞生于1 9 4 6 年，在其后漫长的历史进程中，计算机始终是 供养在特殊的机房中，实现数值计算的大型昂贵设备。直到2 0 世纪7 0 年代， 微处理器的出现，计算机才出现了历史性的变化。以微处理器为核心的微型计算 机以其小型、价廉、高可靠性特点，迅速走出机房；基于高速数值解算能力的微 型机，表现出的智能化水平引起了控制专业人士的兴趣，要求将微型机嵌入到一 个对象体系中，实现对象体系的智能化控制。例如，将微型计算机经电气加固、 机械加固，并配置各种外围接口电路，安装到大型舰船中构成自动驾驶仪或轮机 状态监测系统。这样一来，计算机便失去了原来的形态与通用的计算机功能。为 了区别于原有的通用计算机系统，把嵌入到对象体系中，实现对象体系智能化控 制的计算机，称作嵌入式计算机系统。 1 1 嵌入式系统的概念 根据正e e 的定义，嵌入式系统是“控制、监视或者辅助装置、机器和设备 运行的装置 。这主要是从应用上加以定义的，从中可以看出嵌入式系统是软件 和硬件的综合体。不过上述定义并不能充分体现出嵌入式系统的精髓，目前国内 一个普遍被认同的定义是：以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁 剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系 统。简单地说，嵌入式系统集系统的应用软件与硬件于一体，类似于p c 中b i o s 的工作方式，具有软件代码小、高度自动化、响应速度快等特点，特别适合于要 求实时和多任务的体系。嵌入式系统主要由嵌入式处理器、相关支撑硬件、嵌入 式操作系统及应用软件系统等组成，它是可独立工作的“器件 。 在明确了嵌入式系统定义基础上，我们可从以下几方面来理解嵌入式系统： 1 、嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，嵌入式系统是与应用 紧密结合的，它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。 嵌入式系统和具体应用有机地结合在一起，它的升级换代也是和具体产品同步进 行，因此嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。 2 、嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业 的具体应用相结合后的产物。这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、 高度分散、不断创新的知识集成系统。 3 、嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、 可靠性、成本、体积等要求。为了提高执行速度和系统可靠性，嵌入式系统中的 软件一般都固化在存储器芯片或单片机本身中，而不是存贮于磁盘等载体中。 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第一章绪论 4 、嵌入式系统本身不具备自主开发能力，即使设计完成以后用户通常也是 不能对其中的程序功能进行修改的，必须有一套开发工具和环境才能进行开发。 实际上，凡是与产品结合在一起的具有嵌入式特点的控制系统都可以叫嵌入 式系统。现在人们讲嵌入式系统时，某种程度上指近些年比较热的具有操作系统 的嵌入式系统。 1 2 嵌入式系统的组成及处理器介绍 嵌入式系统是计算机软件和硬件的综合体，可涵盖机械或其他的附属装置。 所以嵌入式系统可以笼统地分为硬件和软件两部分。嵌入式系统的构架可以分成 四个部分：处理器、存储器、输入输出( i o ) 和软件( 由于多数嵌入式设备的 应用软件和操作系统都是紧密结合的，在这里我们对其不加区分，这也是嵌入式 系统和通用p c 系统的最大区别) 。嵌入式系统的组成如图1 1 所示。 输入输出 图卜l 嵌入式系统组成 嵌入式系统的硬件部分，包括处理器微处理器、存储器及外设器件和i o 端口、图形控制器等。嵌入式系统有别于一般的计算机处理系统，它不具备像硬 盘那样大容量的存储介质，而大多使用e p r o m 、e e p r o m 或闪存( f l a s h m e m o f y ) 作为存储介质。 嵌入式系统的核心部件是各种类型的嵌入式处理器，目前据不完全统计，全 世界嵌入式处理器的品种总量已经超过1 0 0 0 多种，流行体系结构有3 0 几个系列， 其中8 0 5 1 体系的占有多半。生产8 0 5 1 单片机的半导体厂家有2 0 多个，共3 5 0 多种衍生产品，仅p h j l i p s 就有近1 0 0 种。现在几乎每个半导体制造商都生产嵌 入式处理器，越来越多的公司有自己的处理器设计部门。嵌入式处理器的寻址空 间一般从6 4 k b 到1 6 3 2 m b ，处理速度从0 1 m 口s 到2 0 0 0 m i p s 。根据其现状， 嵌入式计算机可以分成下面几类。 1 、嵌入式微处理器( e m b e d d e dm i c r o p r o c c s s o ru n i t ，e m p u ) 2 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第一章绪论 嵌入式微处理器的基础是通用计算机中的c p u 。在应用中，将微处理器装 配在专门设计的电路板上，只保留和嵌入式应用有关的母板功能，这样可以大幅 度减小系统体积和功耗。为了满足嵌入式应用的特殊要求，嵌入式微处理器虽然 在功能上和标准微处理器基本是一样的，但在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等 方面一般都做了各种增强。 与工业控制计算机相比，嵌入式微处理器具有体积小、重量轻、成本低、可 靠性高的优点，但是在电路板上必须包括r o m 、删、总线接口、各种外设等 器件，从而降低了系统的可靠性，技术保密性也较差。嵌入式微处理器及其存储 器、总线、外设等安装在一块电路板上，称为单板计算机。如s t d b u s 、p c i 0 4 等。近年来，德国、日本的一些公司又开发出了类似“火柴盒式名片大小的嵌 入式计算机系列0 e m 产品。 嵌入式处理器目前主要有a m l 8 6 8 8 、3 8 6 e x 、s c 4 0 0 、p 0 w e rp c 、6 8 0 0 0 、 m i p s 、a r m 等系列。 2 、嵌入式微控制器( m i c r o c o n 仃0 l l e ru n i t ，m c u ) 嵌入式微控制器又称单片机，顾名思义，就是将整个计算机系统集成到一块 芯片中。嵌入式微控制器一般以某一种微处理器内核为核心，芯片内部集成 r o m e p r o m 、r a m 、总线、总线逻辑、定时计数器、w a t c h d o g 、i o 、串行 口、脉宽调制输出、a ，d 、d ，a 、f l 弱h r a m 、e e p r o m 等各种必要功能和外设。 为适应不同的应用需求，一般一个系列的单片机具有多种衍生产品，每种衍生产 品的处理器内核都是一样的，不同的是存储器和外设的配置及封装。这样可以使 单片机最大限度地和应用需求相匹配，功能不多不少，从而减少功耗和成本。 和嵌入式微处理器相比，微控制器的最大特点是单片化，体积大大减小，从 而使功耗和成本下降、可靠性提高。微控制器是目前嵌入式系统工业的主流。微 控制器的片上外设资源一般比较丰富，适合于控制，因此称微控制器。 嵌入式微控制器目前的品种和数量最多，比较有代表性的通用系列包括 8 0 5 1 、p 5 1 x a 、m c s 2 5 1 、m c s - 9 6 1 9 6 2 9 6 、c 1 6 6 1 6 7 、m c 6 8 h c 0 5 1 1 1 2 1 6 、 6 8 3 0 0 等。另外还有许多半通用系列如：支持u s b 接口的m c u8 x c 9 3 0 9 3 1 、 c 5 4 0 、c 5 4 1 ；支持1 2 c 、咖u s 、l c d 及众多专用m c u 和兼容系列。目前 m c u 占嵌入式系统约7 0 的市场份额。 特别值得注意的是近年来提供x 8 6 微处理器的著名厂商a m d 公司，将 a m l 8 6 c c c 狄等嵌入式处理器称之为m i c r o c o n t r o l l e f ，m o t o r o l a 公司把 以p 0 w e rp c 为基础的p p c 5 0 5 和p p c 5 5 5 亦列入单片机行列。1 1 公司亦将其 1 m s 3 2 0 c 2 系列d s p 做为m c u 进行推广。 3 、嵌入式d s p 处理器( e m b e d d e dd i g i t a ls i 舯a lp 眦e s s o r ，e d s p ) 3 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第一章绪论 d s p 处理器对系统结构和指令进行了特殊设计，使其适合于执行d s p 算法， 编译效率较高，指令执行速度也较高。在数字滤波、f l 呵、谱分析等方面d s p 算法正在大量进入嵌入式领域，d s p 应用正从在通用单片机中以普通指令实现 d s p 功能，过渡到采用嵌入式d s p 处理器。嵌入式d s p 处理器有两个发展来源， 一是d s p 处理器经过单片化、e m c 改造、增加片上外设成为嵌入式d s p 处理 器，1 r i 的1 m s 3 2 0 c 2 0 0 0 ：c 5 0 0 0 等属于此范畴；二是在通用单片机或s o c 中增 加d s p 协处理器，例如h l t e l 的m c s 2 9 6 和s i e m e 船的瓢c c 鹏。 推动嵌入式d s p 处理器发展的另一个因素是嵌入式系统的智能化，例如各种 带有智能逻辑的消费类产品，生物信息识别终端，带有加解密算法的键盘，a d s l 接入、实时语音压解系统，虚拟现实显示等。这类智能化算法一般都是运算量较 大，特别是向量运算、指针线性寻址等较多，而这些正是d s p 处理器的长处所 在。 嵌入式d s p 处理器比较有代表性的产品是t c x 硒i i l s t n l m e n t s 的t m s 3 2 0 系 列和m o 啪l a 的d s p 5 6 0 0 0 系列。t m s 3 2 0 系列处理器包括用于控制的c 2 0 0 0 系列，移动通信的c 5 0 0 0 系列，以及性能更高的c 6 0 0 0 和c 8 0 0 0 系列。d s p 5 6 0 0 0 目前已经发展成为d s p 5 6 0 0 0 ，d s p 5 6 1 0 0 ，d s p 5 6 2 0 0 和d s p 5 6 3 0 0 等几个不同 系列的处理器。另外p h i u p s 公司今年也推出了基于可重置s p 结构低成本、低 功耗技术上制造的r e a ld s p 处理器，特点是具备双h a a r d 结构和双乘累 加单元，应用目标是大批量消费类产品。 4 、嵌入式片上系统( s y s t e mo nc h i p ) 随着e d i 的推广和v l s i 设计的普及化，及半导体工艺的迅速发展，在一 个硅片上实现一个更为复杂的系统的时代已来临，这就是s y s t e mo nc h i p ( s o c ) 。各种通用处理器内核将作为s o c 设计公司的标准库，和许多其它嵌 入式系统外设一样，成为v l s i 设计中一种标准的器件，用标准的v h d l 等语言 描述，存储在器件库中。用户只需定义出其整个应用系统，仿真通过后就可以将 设计图交给半导体工厂制作样品。这样除个别无法集成的器件以外，整个嵌入式 系统大部分均可集成到一块或几块芯片中去，应用系统电路板将变得很简洁，对 于减小体积和功耗、提高可靠性非常有利。 s o c 可以分为通用和专用两类。通用系列包括s i e m e 璐的t r i c o 他，m o t o r o l a 的m c ( 鹏，某些a r m 系列器件，e c h e l o n 和m o t o r o l a 联合研制的n e u r o n 芯片 等。专用s o c 一般专用于某个或某类系统中，不为一般用户所知。一个有代表 性的产品是p h i l i p s 的s m a j tx a ，它将x a 单片机内核和支持超过2 0 4 8 位复杂 r s a 算法的c c u 单元制作在一块硅片上，形成一个可加载j a v a 或c 语言的专 用的s o c ，可用于公众互联网如i i l t e m e t 安全方面。 4 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第二章x s c a i e 体系结构 第二章x s q 址e 体系结构 x s c a l e 体系结构是采用i n t e lp e n t i u m 技术实现的a r m 兼容的嵌入式微处 理器架构，并对a r m 体系结构进行了增强，具有业界领先的高性能和低功耗特 性，被广泛应用于消费电子、无线通信、多媒体和网络交换等嵌入式应用领域。 x s c a l e 引入了一系列高性能微处理器的设计技术，总体性能显著地超出同主频 的a r m 微处理器。x s c a l e 体系源于a r m 体系，所以我们有必要先介绍一下 什么是a r m 。 2 1 删简介 a r m ( a d v 卸c c dr i s cm a c h j n e s ) ，既可以认为是一个公司的名字，也可 以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。1 9 9 1 年a r m 公司成立于英国剑桥，主要出售芯片设计技术的授权。目前，采用删技术知 识产权( i p ) 核的微处理器，即通常所说的a r m 微处理器，已遍及工业控制、消 费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统、军用系统等各类产品市场，基 于a r m 技术的微处理器应用约占据了3 2 位r i s c 微处理器7 0 以上的市场份 额，a r m 技术正在逐步渗入到我们生活的各个方面。a r m 公司是专门从事基 于r i s c 技术芯片设计开发的公司，作为知识产权供应商，本身不直接从事芯片 生产，靠转让设计许可，由合作公司生产各具特色的芯片，世界各大半导体生产 商从a r m 公司购买其a r m 微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当 的外围电路，从而形成自己的a r m 微处理器芯片进入市场。目前全世界有几十 家大的半导体公司都使用a r m 公司的授权，因此既使得a r m 技术获得更多的 第三方工具、制造、软件的支持，又使整个系统成本降低，使产品更容易进入市 场并被消费者所接受，更具有竞争力i i j 。i n t e lx s c a i ep 蛇7 0 就是一款得到了 a r m 公司授权的，使用a r m 微处理器核，经过i i l t e l 优化过的嵌入式c p u 。 2 2 删微处理器的应用领域及特点 2 2 1 删微处理器的应用领域 到目前为止，a r m 微处理器及技术的应用几乎已经深入到各个领域： 1 、工业控制领域：作为3 2 位的r i s c 架构，基于a r m 核的微控制器芯片 不但占据了高端微控制器市场的大部分市场份额，同时也逐渐向低端微控制器应 5 基于p ) 【a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 第二章x s c j u 卫体系结构 用领域扩展，a i 湖微控制器的低功耗、高性价比，向传统的8 位1 6 位微控制 器提出了挑战； 2 、无线通讯领域：目前已有超过8 5 的无线通讯设备采用了删技术， a r m 以其高性能和低成本，在该领域的地位日益巩固； 3 、网络应用：随着宽带技术的推广，采用a r m 技术的a d s l 芯片正逐步 获得竞争优势。此外，a r m 在语音及视频处理上进行了优化，并获得广泛的支 持，也对d s p 的应用领域提出了挑战； 4 、消费类电子产品：a r m 技术在目前流行的数字音频播放器、数字机顶盒 和游戏机中得到广泛采用； 5 、成像和安全产品：现在流行的数码相机和打印机中绝大部分采用了a r m 技术。手机中的3 2 位s i m 智能卡也采用了a r m 技术。 除此以外，a r m 微处理器及技术还应用到许多不同的领域，并会在将来取 得更广泛的应用。 2 2 2删微处理器的特点 采用r i s c 架构的a r m 微处理器一般具有如下特点： 体积小、低功耗、低成本、高性能； 支持1 n h u m b ( 1 6 位) _ a r m ( 3 2 位) 双指令集，能很好的兼容8 1 6 位 器件； 大量使用寄存器，指令执行速度更快； 大多数数据操作都在寄存器中完成； 寻址方式灵活简单，执行效率高； 指令长度固定。 2 3删微处理器系列1 】 a r m 微处理器目前包括a r m 7 系列、a r m 9 系列、a r m 9 e 系列、a r m l o e 系列、s e c u r c o r c 系列、i i l t e l 的s t r o n 瓜m 、x s c a l e 等多个系列，除了具有a r m 体系结构的共同特点以外，每一个系列的a r m 微处理器都有各自的特点和应用 领域。其中，a r m 7 、a r m 9 、a r m 9 e 和a r m l o 为4 个通用处理器系列，每 一个系列提供一套相对独特的性能来满足不同应用领域的需求。s e c u r c o r e 系列 专门为安全要求较高的应用而设计。以下我们来详细了解一下各种处理器的特点 及其应用领域。 6 基于”【a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 2 3 1删7 微处理器系列 舢r m 7 系列微处理器为低功耗的3 2 位r i s c 处理器，最适合用于对价位和 功耗要求比较严格的消费类应用。a r m 7 微处理器系列具有如下特点： 具有嵌入式i c e r t 逻辑，调试开发方便； 极低的功耗，适合对功耗要求严格的应用，如便携式产品： 能够提供0 9 m 口s m h z 的三级流水线结构； 代码密度高并兼容1 6 位的t h u m b 指令集： 对操作系统的支持广泛，包括w i n d o w sc e 、i j n 弧、p a l m0 s 等； 指令系统与删9 、删9 e 和a r m l 0 e 系列兼容，便于用户的产品升 级换代； 主频最高可达1 3 0 m i p s ，高速的运算处理能力能胜任绝大多数的复杂应 用。 a r m 7 系列微处理器的主要应用领域为：工业控制、i n t e m c t 设备、网络和 调制解调器设备、移动电话等多种多媒体和嵌入式应用。 a r m 7 系列微处理器包括如下几种类型的核：a r m 7 1 d m i 、a r m 7 1 d m l s 、 a r m 7 2 0 t 、a r m 7 日。其中，a r m 7 t m d i 是目前使用最广泛的3 2 位嵌入式 r i s c 处理器，属低端a r m 处理器核。t d m i 的基本含义为： t ：支持1 6 位压缩指令集1 1 l u m b ： d ：支持片上d e b u g ； m ：内嵌硬件乘法器( m u l t i p l i e r ) ； i ： 嵌入式i c e ，支持片上断点和调试点。 2 3 2a r m 9 微处理器系列 a r m 9 系列微处理器在高性能和低功耗特性方面提供最佳的性能。具有以下 特点： 提供1 1 m i p s m h z 5 级流水线结构； 支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t l l l u m b 指令集； 支持3 2 位的高速a m b a 总线接口： 全性能m m u ，支持w i n d o w sc e 、i j n u x 、p a l mo s 等主流嵌入式操作 系统； m p u 支持实时操作系统； 支持数据c a c h c 和指令c a c h e ，具有更高的指令和数据处理能力。 a r m 9 系列微处理器主要应用于无线设备、仪器仪表、安全系统、机顶盒、 高端打印机、数字照相机和数字摄像机等。它包含a r m 9 2 叮、a r m 9 2 2 t 和 7 基于僦7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第二章x s c 铷也体系结构 删9 4 叮三种类型。 2 3 3a l 己m 9 e 微处理器系列 a r m 9 e 系列微处理器为可综合处理器，使用单一的处理器内核提供了微控 制器、d s p 、j a v a 应用系统的解决方案，极大地减少了芯片的面积和系统的复 杂程度。a r m 9 e 系列微处理器提供了增强的d s p 处理能力，很适合于那些需 要同时使用d s p 和微控制器的应用场合。 a r m 9 e 系列微处理器的主要特点如下： 支持d s p 指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合； 5 级整数流水线，指令执行效率更高； 支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位t 1 l u m b 指令集； 支持3 2 位的高速a m b a 总线接口； 支持v 】阳9 浮点处理协处理器； 全性能m m u ，支持w i i l d o w sc e 、u n u x 、p a l mo s 等主流嵌入式操作 系统； m p u 支持实时操作系统； 支持数据c a c h e 和指令c a c h e ，具有更高的指令和数据处理能力； 主频最高可达3 0 0 m 口s 。 a r m 9 e 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设备、 工业控制、存储设备和网络设备等领域。它包含a r m 9 2 6 口s 、a r m 9 4 6 e s 和 a r m 9 6 6 e s 三种类型。 2 3 4a i m l 0 e 微处理器系列 a r m l 0 e 系列微处理器具有高性能、低功耗的特点，由于采用了新的体系 结构，与同等的a r m 9 器件相比较，在同样的时钟频率下，性能提高了近5 0 ， 同时，a r m l 0 e 系列微处理器采用了两种先进的节能方式，使其功耗极低。 a r m l o e 系列微处理器的主要特点如下： 支持d s p 指令集，适合于需要高速数字信号处理的场合； 6 级整数流水线，指令执行效率更高； 支持3 2 位a r m 指令集和1 6 位1 n h u m b 指令集； 支持3 2 位的高速a m b a 总线接口； 支持v 】阳1 0 浮点处理协处理器； 全性能m m u ，支持w i i l d o w sc e 、u 肌x 、p a l m0 s 等主流嵌入式操作 系统； 8 基于p 屹7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 支持数据c a c h e 和指令c i a c h e ，具有更高的指令和数据处理能力； 主频最高可达4 0 0 m 口s ； 内嵌并行读写操作部件。 a r m l 0 e 系列微处理器主要应用于下一代无线设备、数字消费品、成像设 备、工业控制、通信和信息系统等领域。它包含a r m l 0 2 0 e 、a r m l 0 2 2 e 和 a r m l 0 2 6 日s 三种类型。 2 3 5s e 伽r c o n 微处理器系列 s e c i l r c o 他系列微处理器专为安全需要而设计，提供了完善的3 2 位r i s c 技 术的安全解决方案，因此，它除了具有a r m 体系结构的低功耗、高性能的特点 外，还具有其独特的优势，即提供了对安全解决方案的支持。s e c u r c o 他系列微 处理器在系统安全方面具有如下的特点： 带有灵活的保护单元，以确保操作系统和应用数据的安全； 采用软内核技术，防止外部对其进行扫描探测； 可集成用户自己的安全特性和其他协处理器。 s e c u r c o 陀系列微处理器主要应用于一些对安全性要求较高的应用产品及应 用系统，如电子商务、电子政务、电子银行业务、网络和认证系统等领域。它包 含s e c i l r c o r es c l 0 0 、s 咖r c o r es c l l o 、s e c u r c d r es c 2 0 0 和s e c u r c o r es c 2 1 0 四 种类型。 2 3 6s t m n 酗删微处理器系列 i i l t c ls t r o n g a r ms a l l 0 0 以及i i l t e ls t r o n 岷ms a l l1 0 处理器是采用a r m 体系结构，高度集成的3 2 位r i s c 微处理器。融合了i i l t e l 公司的设计和处理 技术以及a r m 体系结构的电源效率，采用在软件上兼容a r m v 4 体系结构、同 时采用具有h l t e l 技术优点的体系结构。i i l t e ls t r o n g a r m 处理器是便携式通讯 产品和消费类电子产品的理想选择，已成功应用于多家公司的掌上电脑系列产 品。 2 3 7x s l e 处理器 x s c a i e 处理器是基于a r m v 5 t e 体系结构的解决方案，是一款全性能、高 性价比、低功耗的3 2 位处理器。它也支持1 6 位的n u m b 指令和d s p 指令集， 已使用在数字移动电话、个人数字助理和网络产品等场合。x s c a l e 处理器是h l t e l 目前主要推广的一款a r m 微处理器。 9 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 第二章x s c a l e 体系结构 2 4x s g u 卫微处理器结构 2 4 1 砒s c 体系结构 传统的c i s c ( c o m p l c xi n s t m c t i o ns e tc 0 m p u t e r ，复杂指令集计算机) 结构 有其固有的缺点，即随着计算机技术的发展而不断引入新的复杂的指令集，为支 持这些新增的指令，计算机的体系结构越来越复杂，然而，在c i s c 指令集的各 种指令中，其使用频率却相差悬殊，大约有2 0 的指令被反复使用，占整个程 序代码的8 0 。而余下的8 0 的指令却不经常使用，在程序设计中只占2 0 ， 显然，这种结构是不太合理的。基于以上不合理性，1 9 7 9 年美国加州大学伯克 利分校提出了r i s c ( r e d u c e di i l s t m c t i o ns e tc o m p u t e r ，精简指令集计算机) 的 概念，r i s c 并非只是简单地去减少指令，而是把着眼点放在了如何使计算机的 结构更加简单合理地提高运算速度上。r i s c 结构优先选取使用频率最高的简单 指令，避免复杂指令；将指令长度固定，指令格式和寻址方式种类减少；以控制 逻辑为主。到目前为止，r i s c 体系结构也还没有严格的定义，一般认为，r i s c 体系结构应具有如下特点： 采用固定长度的指令格式，指令归整、简单、基本寻址方式有2 3 种： 使用单周期指令，便于流水线操作执行； 大量使用寄存器，数据处理指令只对寄存器进行操作，只有加载存储指 令可以访问 存储器，以提高指令的执行效率。 除此以外，a r m 体系结构还采用了一些特别的技术，在保证高性能的前提 下尽量缩小芯片的面积，并降低功耗： 所有的指令都可根据前面的执行结果决定是否被执行，从而提高指令的 执行效率； 可用加载存储指令批量传输数据，以提高数据的传输效率； 可在一条数据处理指令中同时完成逻辑处理和移位处理； 在循环处理中使用地址的自动增减来提高运行效率。 当然，和c i s c 架构相比较，尽管r i s c 架构有上述的优点，但决不能认为 r l s c 架构就可以取代c i s c 架构，事实上，r i s c 和c i s c 各有优势，而且界限 并不那么明显。现代的c p u 往往采用c i s c 的外围，内部加入了r i s c 的特性， 如超长指令集c p u 就是融合了r i s c 和c l s c 的优势，成为未来的c p u 发展方 向之一。 l o 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 2 4 2x s c a l e 体系结构 a r m 的体系结构是基于r i s c 的，x s c 虹正是a r m 处理器的一种，所以 x s c l a e 具有r i s c 的基本特性。而且针对嵌入式系统，x s c a l e 微架构引入了 p e n t i u m 处理器工艺和系统结构技术，实现了p e n t i u m 微处理器体系结构的一系 列高性能技术，达到了高性能、低功耗和小体积等嵌入式系统要求的特性。 超流水线：x s c a l e 的超流水线( s u p e r p i p e l i l l e ) 技术，由整数处理 ( i n t e g e r ) 、乘加( m a c ) 和存储( m e m o 珂) 3 条流水线组成。3 条 流水线的长度是6 到9 段，前4 到5 段共享，后面分支部分并行工作 可有效提高处理器性能。 高主频：主频可以超出普通a r m 微处理器主频数倍，在保持较低能量 消耗的前提下，高达6 0 0 m h z 以上。如p 蛇7 x 的主频可高达6 2 4 m h z 。 存储体系：高效的存储器体系结构，主要包括3 2 l d c a c h e 、 3 2 k b i - c a c h e 、2 k b m i n j d c i a c h c 、f i ub u 纸璐、d i n gb u f f e r s 以及 4 8 g b s 带宽的存储总线，使处理器可以高效访问存储器。为其超流水 线的高效运行提供数据资源。 分支预测：实现了基于统计分析的分支预测功能部件，减少由于分支转 移冲刷指令流水线的次数，也有效地提高了处理器的性能。 指令集体系结构：针对a r m 数据处理能力的不足，x s c a l e 对a r m 的 乘加逻辑进行了增强，增加了8 条d s p 指令。x s c a l e 处理器还可集成 n a s h 闪存和无线m m x 逻辑功能。这些特性有效地提高了x s c a l e 数 据处理能力。带有无线m m x 的p 屹7 x 在3 1 2 m h z 主频运行处理多 媒体应用时，其性能与5 2 0 m h za r m 处理器相当。省去不常用的逻辑 功能：为了节省处理器芯片体积和降低运行功耗，x s c a l e 体系结构没 有实现昂贵的浮点运算部件和除法部件。这些是嵌入式应用中不常用的 运算。当需要这类运算时，可以通过软件方法实现。 2 5i n t e lp 址7 0 微处理器概述嘲 p 墟7 0 是一款英特尔( i i l t e l ) 公司高端处理器，属于p 墟7 x 系列，使用 x s c a l e 架构。英特尔x s c a l e 架构是继英特尔s t r o n 舀姝m 之后推出的一种3 2 位 嵌入式处理器，它除了应用于掌上电脑之中外，还可应用于智能手机、网络存储 设备、骨干网( b a c k b o n e ) 路由器等电子设备。 p 屹7 x 系列处理器是英特尔当前最新推出的嵌入式处理器。它的钟频从3 1 2 到6 2 4 m h z ，并内建6 4m b ( m e g a b y t e s ) 的堆栈型i i l t c ls t r a t a r a s h 内存。内置了 1 1 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现第二章x s c a i 卫体系结构 英特尔的无线m 似技术，能够为3 d 游戏与影片应用提供更高的效能，显著提 升多媒体性能，官方说法是3 1 2 m h z 的c p u ( p 墟7 x 系列中最低钟频的产品) 将达到5 2 0 m h za r mc p u 的多媒体处理效能，而钟频达到6 2 4 m h z 则可以具备 7 7 5 m h za r mc p u 的表现l( 框架如图2 1 ) l c d 图2 一l p ) 队2 7 0b 1 0 c kd i a g r a m p 蛇7 0c p u 具有非常优异的性能： c p u 5 2 0 m 运行能力 x s c a ie 构架，并带有无线m m x 指令集 7 级流水线 3 2 k bi n s t m c t i c a c h e ，3 2 k bd a t ac a c h e ， 2 k bm i n id a t ac a c h e e x t e n s i v ed a t ab u 施r i n g 2 5 6 k b 内部s i 洲 基于p x a 2 7 0 的蓝牙视频终端的设计与实现 2 6 丰富的串行接口：a c 9 7a u d i op o r t ；i i sp o r t ；u s bh o s t ；u s b d e v l c e ： u s bo ，r g ；3 个u 删包括红外) 标准正e e j l a g ，支持边界扫描 r e a lt i m ec 1 0 c k & o st 皿e r l c d 控制器 s d m mc o n t r o l l e r ，支持4 个& n k ，最高可以运行在1 0 4 m 。外部 s d 壬匕气m 可以是2 5 v3 0 v 或3 3 v 支持p c m c 认锄dc o m p a c tf l a s h s dc a r d m m cc o n t r o u e r ( w i t hs p lm o d es u p p o n ) 2 个c c o n t r o l l e 娼 3 个s s p c o n t r o l l e 璐 c a m e r a 接口 1 2 1 个多功能g p l 0 4 种l o w p o 、! r 模式 4 个p w m 为了开发这套视频终端，笔者选用了一款基于p 墟7 0 处理器的开发板， 这款开发板主要包括核心板与底板两个部分，核心板主要集成了高速的p 蛇7 0 c p u ，配套的存储器，网卡等设备；底板主要是各种