Черноперый
 |
| Дизайнер | Аналоговые устройства |
|---|---|
| Биты | 32-битный |
| Представлено | 2000 |
| Дизайн | РИСК |
| Тип | Загрузка-сохранение |
| Кодирование | Переменная (16- или 32-битная универсальная или 64-битная параллельная выдача 1 32-битной инструкции + 2 16-битных инструкций) |
| Ветвление | Код состояния |
| Порядок байтов | Маленький |
| Регистры | |
| общего назначения | 8 32-битных регистров данных (адресуемых как 16 16-битных полурегистров), 2 40-битных аккумулятора, 6 32-битных адресных регистров, указатель стека, указатель кадра |
 Логотип ADI Blackfin | |
| Общая информация | |
|---|---|
| Запущен | 2008 |
| Снято с производства | Подарок |
| Продается через | Аналоговые устройства |
| Разработано | Аналоговые устройства |
| Общий производитель | |
Blackfin разработанных — это семейство 16-/32-битных микропроцессоров, , производимых и продаваемых компанией Analog Devices . Процессоры имеют встроенные функции цифрового сигнального процессора (DSP) с фиксированной точкой, выполняемые 16-битными операциями умножения-накопления (MAC), сопровождаемые встроенным микроконтроллером . [1] Он был разработан для унифицированной процессорной архитектуры с низким энергопотреблением , которая может запускать операционные системы и одновременно выполнять сложные числовые задачи, такие как в реальном времени H.264 кодирование видео . [2] [3]
Детали архитектуры
[ редактировать ]В процессорах Blackfin используется 32-битная RISC модель программирования микроконтроллера на архитектуре SIMD , которая была разработана совместно Intel и Analog Devices под названием MSA (Micro Signal Architecture).
Архитектура была анонсирована в декабре 2000 года и впервые продемонстрирована на конференции Embedded Systems Conference в июне 2001 года.
Он объединяет аспекты старой архитектуры ADI SHARC и архитектуры Intel XScale в одном ядре, сочетая цифровую обработку сигналов (DSP) и функциональность микроконтроллера. Существует много различий в базовой архитектуре между Blackfin/MSA и XScale/ARM или SHARC, но эта комбинация была разработана для улучшения производительности, программируемости и энергопотребления по сравнению с традиционными архитектурами DSP или RISC.
Архитектура Blackfin включает в себя различные модели ЦП, каждая из которых предназначена для определенных приложений. [4] Серия BF-7xx, представленная в 2014 году, включает в себя архитектуру Blackfin+, которая расширяет архитектуру Blackfin некоторыми новыми функциями процессора и инструкциями.
Особенности архитектуры
[ редактировать ] |
Основные функции
[ редактировать ]
То, что считается «ядром» Blackfin, зависит от контекста. Для некоторых приложений функции DSP являются центральными. Blackfin имеет два 16-битных аппаратных MAC , два 40-битных ALU и аккумуляторов , 40-битный бочкообразный сдвигатель и четыре 8-битных видео ALU; Процессоры Blackfin+ добавляют 32-битный MAC и 72-битный аккумулятор. Это позволяет процессору выполнять до трёх инструкций за такт, в зависимости от уровня оптимизации, выполняемой компилятором или программистом . Два вложенных цикла с нулевыми издержками и четыре кольцевых буфера DAG (генераторы адресов данных) предназначены для написания эффективного кода, требующего меньшего количества инструкций . Другие приложения используют функции RISC , которые включают в себя защиту памяти, различные режимы работы (пользовательский, ядро), одноцикловые коды операций , кэши данных и инструкций, а также инструкции для проверки битов, доступа к байтам, словам или целым числам, а также различные операции по включению. периферийные устройства чипа.
ISA компилятору разработан с учетом высокого уровня выразительности , что позволяет программисту на ассемблере (или ) оптимизировать алгоритм для имеющихся аппаратных функций. Стандартный язык ассемблера Blackfin написан с использованием алгебраического синтаксиса: вместо префиксных команд, используемых во многих других языках ассемблера.
| Другие языки ассемблера | Язык ассемблера Blackfin |
|---|---|
ld R0, 8[P0] | R0 = [P0 + 8] |
add R0, R1, R2 | R0 = R1 + R2 |
push R7 | [SP--] = R7 |
Память и DMA
[ редактировать ]Blackfin использует с байтовой адресацией плоскую карту памяти . Внутренняя память L1, внутренняя память L2, внешняя память и все отображаемые в память управляющие регистры находятся в этом 32-битном адресном пространстве, так что с точки зрения программирования Blackfin имеет архитектуру фон Неймана .
Внутренняя память SRAM L1 , работающая на тактовой частоте устройства, основана на гарвардской архитектуре . Память инструкций и память данных независимы и подключаются к ядру через выделенные шины памяти, предназначенные для более высоких устойчивых скоростей передачи данных между ядром и памятью L1.
Части инструкций и данных L1 SRAM могут быть дополнительно сконфигурированы как кэш независимо.
Некоторые процессоры Blackfin также имеют от 64 до 256 КБ памяти L2. Эта память работает медленнее, чем тактовая частота ядра. Код и данные могут смешиваться в L2.
Процессоры Blackfin поддерживают различные внешние запоминающие устройства, включая SDRAM , DDR-SDRAM , флэш-память NOR , флэш-память NAND и SRAM . Некоторые процессоры Blackfin также включают в себя интерфейсы запоминающих устройств, такие как ATAPI и SD/SDIO . Они могут поддерживать сотни мегабайт памяти во внешней памяти.
В сочетании с ядром и системой памяти используется механизм DMA , который может работать между любыми периферийными устройствами и основной (или внешней) памятью. Процессоры обычно имеют выделенный канал DMA для каждого периферийного устройства, который предназначен для более высокой пропускной способности для приложений, которые могут его использовать, таких как кодирование и декодирование видео стандартной четкости (D1) в реальном времени.
Возможности микроконтроллера
[ редактировать ]Архитектура Blackfin содержит обычный процессор, память и устройства ввода-вывода, которые имеются в микропроцессорах или микроконтроллерах . Эти функции позволяют использовать операционные системы.
Все процессоры Blackfin содержат модуль защиты памяти (MPU). MPU обеспечивает защиту и стратегии кэширования по всему пространству памяти. MPU позволяет Blackfin поддерживать операционные системы, RTOS и ядра, такие как ThreadX , μC/OS-II или NOMMU Linux . Хотя в документации Blackfin MPU называется блоком управления памятью (MMU), Blackfin MPU не обеспечивает преобразование адресов , как традиционный MMU, поэтому он не поддерживает виртуальную память или отдельные адреса памяти для каждого процесса. Вот почему Blackfin в настоящее время не может поддерживать операционные системы, требующие виртуальной памяти, такие как WinCE или QNX .
Blackfin поддерживает три режима работы : супервизор, пользовательский и эмуляция. В режиме супервизора все ресурсы процессора доступны из работающего процесса. Однако в пользовательском режиме системные ресурсы и области памяти могут быть защищены (с помощью MPU). В современной операционной системе или ОСРВ ядро обычно работает в режиме супервизора, а потоки/процессы — в пользовательском режиме. Если поток выходит из строя или пытается получить доступ к защищенному ресурсу (памяти, периферийному устройству и т. д.), будет выдано исключение , и ядро сможет завершить работу потока/процесса, нарушившего работу. Официальное руководство ADI по использованию Blackfin в средах, отличных от ОС, заключается в том, чтобы зарезервировать прерывание с самым низким приоритетом для кода общего назначения, чтобы все программное обеспечение запускалось в пространстве супервизора.
-подобный набор команд переменной длины, Blackfin использует RISC состоящий из 16-, 32- и 64-битных инструкций. Обычно используемые инструкции управления кодируются как 16-битные коды операций, тогда как сложные DSP и математически сложные функции кодируются как 32- и 64-битные коды операций. Это кодирование кода операции переменной длины разработано для обеспечения эквивалентности плотности кода современным микропроцессорным архитектурам.
Функции обработки мультимедиа
[ редактировать ]Набор инструкций Blackfin содержит расширения для обработки мультимедиа, помогающие ускорить операции обработки пикселей, обычно используемые в распаковки видео сжатия и , а также изображений алгоритмах .
Периферийные устройства
[ редактировать ] |
Процессоры Blackfin содержат набор периферийных устройств для подключения, в зависимости от конкретного процессора:
- АТАПИ
- CAN : широкая низкоскоростная последовательная шина, используемая в некоторых автомобильных и промышленных электрониках.
- DMA с поддержкой DMA «память-память» и периферийного DMA
- EMAC ( Ethernet контроллер доступа к среде ) с MII и RMII
- Внешняя память: EBIU (модуль интерфейса внешней шины) может включать в себя контроллер для SDRAM, Mobile SDRAM, DDR1, DDR2 или LPDDR, а также контроллер асинхронной памяти для SRAM, ROM, флэш-EPROM и устройств ввода-вывода с отображением в памяти.
- GPIO, включая прерывания, запускаемые по уровню и по фронту
- I²C , также известный как TWI (двухпроводной интерфейс): низкоскоростная общая последовательная шина.
- MXVR: MOST контроллер сетевого интерфейса
- NAND флэш-память
- PPI : параллельный порт ввода/вывода, который можно использовать для подключения к ЖК-дисплеям, видеокодерам (видео ЦАП), видеодекодерам (видео АЦП), CMOS-датчикам, ПЗС-матрицам и универсальным параллельным высокоскоростным устройствам. PPI может работать на частоте до 75 МГц и иметь ширину от 8 до 16 бит.
- ШИМ и таймеры/счетчики
- Часы реального времени
- SD/SDIO
- SPI : быстрая последовательная шина, используемая в некоторых высокоскоростных приложениях встраиваемой электроники.
- СПОРТ: синхронный, высокоскоростной последовательный порт, который может поддерживать TDM , I²S и ряд других настраиваемых режимов кадрирования для подключения к АЦП , ЦАП , другим процессорам, FPGA и т. д.
- UART : обеспечивает двунаправленную связь с устройствами RS-232 (ПК, модемы, периферийные устройства ПК и т. д.), MIDI- устройствами, IRDA. устройствами
- USB 2.0 OTG (на ходу)
- Сторожевой таймер
Все регистры управления периферией отображаются в памяти в обычном адресном пространстве.
Инструменты разработки
[ редактировать ] |
ADI предоставляет собственные наборы инструментов для разработки программного обеспечения . Исходная IDE VisualDSP++ все еще поддерживается (ее последняя версия была 5.1.2 в октябре 2014 года ), но ее срок службы приближается к концу, и в нее не добавлена поддержка новых процессоров BF6xx и BF7xx. Более новая цепочка инструментов — CrossCore Embedded Studio, которая поддерживает все процессоры Blackfin и Blackfin+ с использованием обновленных версий того же компилятора и внутренних инструментов, но с пользовательским интерфейсом на основе Eclipse CDT . Бесплатная версия ни одного из инструментов недоступна; однопользовательская лицензия на VisualDSP++ стоит 3500 долларов США, а на CrossCore Embedded Studio — 995 долларов США.
Другие варианты включают MULTI IDE от Green Hills Software и GNU GCC Toolchain для семейства процессоров Blackfin. Однако, как и VisualDSP++, они не были обновлены для поддержки новых процессоров BF6xx и BF7xx. Более того, ни один из них не поддерживает все процессоры BF5xx. Green Hills MULTI не поддерживает BF50x, BF51x, некоторые BF52x, BF547 и BF59x. В GCC отсутствует поддержка BF50x, BF566 и BF59x, а также имеется неполная поддержка BF561.
Blackfin также поддерживается National Instruments от встроенным модулем LabVIEW , для которого требуется VisualDSP++.
Поддерживаемые операционные системы, RTOS и ядра
[ редактировать ] |
Несколько коммерческих операционных систем и операционных систем с открытым исходным кодом поддерживают работу на Blackfin.
| Заголовок | Лицензия | Комментарии |
|---|---|---|
| ThreadX [5] | Собственный | |
| Ядро | Собственный | |
| микроС/ОС-II [6] | Собственный | |
| ЧЕСТНОСТЬ [7] | Собственный | |
| РТЭМС | Пункт BSD-2 и разрешительные документы | |
| RTXC-кадры | Собственный | |
| КГБ | Собственный | Ядро реального времени ADI. Поставляется с VisualDSP++. |
| .NET микрофреймворк | Лицензия Апач 2.0 | Автономная версия от Microsoft. Интегрированная версия от AxiomFount. |
Blackfin ранее поддерживался μClinux , а затем Linux с функцией NOMMU, но, поскольку он никогда широко не использовался и больше не имел сопровождающего, [8] [9] поддержка была удалена из Linux 1 апреля 2018 г.; Версия 4.16 была последней версией, включавшей поддержку Blackfin. [10] [11] [12]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Обзор архитектуры процессора Blackfin | Процессоры Blackfin | Процессоры и DSP | Аналоговые устройства» . Архивировано из оригинала 17 апреля 2011 года . Проверено 9 апреля 2011 г.
- ^ «Кодер H.264 BP/MP» . Аналоговые устройства . Проверено 3 сентября 2014 г.
- ^ «Библиотека декодера H.264 BP/MP» . Аналоговые устройства . Проверено 3 сентября 2014 г.
- ^ «Процессоры Blackfin | Аналоговые устройства» . Аналог.com . Проверено 24 июня 2016 г.
- ^ «Операционные системы реального времени для разработки встраиваемых систем, системы реального времени с помощью экспресс-логики» . Rtos.com . Архивировано из оригинала 23 мая 2016 г. Проверено 24 июня 2016 г.
- ^ «Ядра реального времени» . Микрориум.com . Проверено 24 июня 2016 г.
- ^ «Операционная система реального времени INTEGRITY» . Ghs.com . Проверено 24 июня 2016 г.
- ^ [1] СОДЕРЖАТЕЛИ: пометить арку/черноплавника/ и ее губбины как осиротевших.
- ^ [2] RE: MAINTAINERS: пометить Arch/blackfin/ и его губбины как осиротевшие.
- ^ [3] арка: удалить порты устаревшей архитектуры.
- ^ Саймон Шарвуд (3 апреля 2018 г.). «Приходит Linux 4.16, стирает восемь процессоров» . theregister.co.uk . Проверено 03 апреля 2018 г.
- ^ Арнд Бергманн (03 апреля 2018 г.). «Арка [GIT PULL]: удалить порты устаревшей архитектуры» . ЛКМЛ . Проверено 4 апреля 2018 г.
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Сайт процессора Blackfin
- Справочник по программированию процессора Blackfin
- blackfin.uclinux.org Инструменты с открытым исходным кодом и ядро Linux для Blackfin
- T2 SDE Система сборки, поддерживающая кросс-компиляцию в Blackfin.