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基于ARM嵌入式平台的X86译码SOC架构设计

来源:    作者:     发布时间:2015-06-01 06:13:11     点击数:

GPIO控制器:用来支持扩展外设,拓宽SoC的使用范围。
Remap&Pause:主要分成两个处理单元,前者负责控管地址是否重新对应的机制,后者负责管理系统的省电模式。
Timer:定时器,支持捕获、Matchout输出、外部时钟驱动。


2 X86到ARM二进制翻译模块
该设计使用的翻译模块通过编写Verilog HDL实现,能将部分X86指令翻译成ARM指令,实现了某些X86应用程序到ARM架构的移植。图2为解码器内部结构图。

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该翻译模块首先从ROM中取出X86指令,翻译成ARM指令后存人RAM中,所有指令翻译完成后,翻译模块产生一个终端,使处理器执行RAM中的指令。即所有指令先翻译完成,处理器才执行,该翻译过程属于静态二进制翻译。其中Decoder是整个解码模块的核心,负责翻译指令。Decoder模块采用有限状态机控制数据通路的方式实现.根据指令的功能和寻址方式进行状态分类,然后输出ARM指令。例如,把寄存器寻址的算术指令可分为一类:
ADD EAX,EBX
SUB EAX,EBX
因为这些指令的寻址方式一样,功能近似,只是操作码不一样,可以归并为一个状态,在某一状态内建立映射关系翻译成为ARM指令。
考虑到AHB总线可能处于比较忙碌的状态,对于X86指令和翻译出的ARM指令分别设置2个FIFO。FIFO1和绕行电感器FIFO2各自有2个存储器,其中一个存储指令,另一个存储与指令对应的地址。对FIFO进行操作会同时对指令和地址进行操作,以保持指令和地址的对应。
此外,ARM核需要向解码模块发送信号,通过设置Communicate模块中的寄存器控制指令译码器的工作:
设置X86指令的起始地址;设置X86指令的终止地址;设置ARM指令的初始存放地址;设置ARM指令复杂指令段的初始地址;设置使指令解码器开始工作的标志寄存器,高电平表示工作;判断指令解码是否结束,结束后向ARM核发送中断;ARM核接收中断信号后,将标志寄存器置低功率电感,翻译模块结束本次工作。
本文的SoC系统中没有使用DMA对X屏蔽电感86指令和ARM指令进行存取,而是由翻译模块主动进行读和写。因而有2个Master总线接口,通过AHB _1_1interface读取X86指令,由AHB_2_1 interface将ARM指令写入RAM中。Communicate模块与总线的通信接口为Slave口,用于接收ARM核发送的4个地址,一旦接收到这4个地址,翻译模块中的start_flag信号置高,表示开始工作。


3 片上总线结构
在ARM SoC体系结构中,有Mas电感生产厂家ter和Slave这两个重要的概念。Master是ARM SoC体系结构中的主单元,他可以向总线发出请求并且对传输进行初始化,例如对存储器进行读/写操作,典型的Master可以是CPU,DSP,DMA。Slave是ARM SoC体系结构中的从单元,典型的Slave为片上或者片外存储器,它们都有自己惟一的地址范围。Master发起读/写操作时,在初始化中会给出读/写操作的地址,而地址译码器则根据这个地址决定哪个Slave被Master选中,然后相应的Slave做出相应。
在AHB系统中,若有2个Master常需要AccessBus,则系统的Performance必定会下降。为了解决这个问题。ARM提出了Multi-layer AHB,其基本构想是2个Master走不同的Bus去访问Slave,如果访问的Slave不同,则两个Master可以同步的进行Transfer。若彼此访问一个Slave,则根据优先级去判断要先处理谁的Transfer。
该总线结构使用了Multi_layerbus switch(BusMatrix)模块。AHB BusMatrix的设计可以分为3个部分:输入级、译码级和输出级。图3为该设计所使用的结构,其中,输入和输出的个数可以根据系统的Master和Slave灵活调整。

可以看出,每个Layer都有一个译码器来决定Master要访问哪一个Slave,通过多路选择器实Master和Slave之间的Transfer。。每个Slave口都有自己的仲裁器,该仲裁器使用固定优先级,最高优先级的Layer可以优先访问对应的Slave。
随着系统中Master和Slave的增多,Busmatrix模块的复杂度也会明显增加,如果按照系统所有的Mas-ter和Slave的个数来确定输入/输出口的个数,Busma-trix将会非常复杂,因此对系统结构进行优化变得非常必要。根据系统工作情况可以发现,翻译模块的Slave端口仅被ARM7核访问,即向翻译模块存取指令所需的地址,控制其工作,该Slave可以看作是ARM7核私有的,而不被其他Master访问。有些Slave只有在特殊情况下才被访问,因此可以将多个Slave看作一个Slave挂在BusMatrix上。优化后的SoC硬件架构如图4所示。 1

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