《深入浅出Linux设备驱动》第二章 驱动设计的硬件基础(1)
作者 佚名技术
来源 Linux系统
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发布时间 2012-05-16
| 同一个存储器的不同物理位置,因此程序指令和数据的宽度相同.而哈佛结构将程序指令和数据分开存储,指令和数据可以有不同的数据宽度.此外,哈佛结构还采用了独立的程序总线和数据总线,分别作为CPU与每个存储器之间的专用通信路径,具有较高的执行效率.图2.2描述了冯•诺伊曼结构和哈佛结构的区别.
图2.2 冯•诺伊曼结构与哈佛结构 从指令集的角度来讲,中央处理器也可以分为两类,即RISC（精简指令集计算机）和CISC（复杂指令集计算机）.CSIC强调增强指令的能力,减少目标代码的数量,但是指令复杂,指令周期长；而RISC强调尽可能减少的指令集,指令单周期执行,但是目标代码会更大.ARM、MIPS、PowerPC等CPU内核都采用了RISC指令集.目前,RISC和CSIC二者的融合非常明显. 2.1.2 数字信号处理器 数字信号处理器（DSP）针对通信、图像、语音和视频处理等领域的算法而设计.它包含独立的硬件乘法器,乘法指令在单周期内完成,优化了卷积、数字滤波、FFT（快速傅立叶变换）、相关、矩阵运算等算法中的大量重复乘法. DSP一般采用如图2.3所示的改进的哈佛架构,它具有独立的地址总线和数据总线,两条总线由程序存储器和数据存储器分时共用. DSP分为两类,一类是定点DSP,一类是浮点DSP.浮点DSP的浮点运算用硬件来实现,可以在单周期内完成,因而其浮点运算处理速度高于定点DSP.而定点DSP只能用定点运算模拟浮点运算. 德州仪器（TI）、美国模拟器件公司（ADI）是全球DSP的两大主要厂商. TI的TMS320™DSP 平台包含了功能不同的多个系列：2000系列、3000系列、4000系列、5000系列、6000系列,工程师也习惯称其为2X、3X、4X、5X、6X.除了2000与5000系列是定点DSP外,其余的均为浮点DSP. ADI主要有16位定点的21xx系列、32位浮点的SHARC系列、从SHARC系列发展而来的TigerSHARC系列及高性能16位DSP信号处理能力与通用微控制器方便性相结合的blackfin系列等. 图2.3改进的哈佛结构 通用处理器和数字信号处理器也有相互融合以取长补短的趋势,如数字信号控制器（DSC）即为MCU DSP,blackfin系列属于DSC.目前,芯片厂商推出了许多ARM DSP的双核处理器. 除了上面讲述的通用微控制器和数字信号处理器外,还有一些针对特定领域而设计的专用处理器（ASP）,它们都是针对一些特定应用而设计的,如用于HDTV、ADSL、Cable Modem等的专用处理器. 网络处理器是一种可编程器件,它应用于电信领域的各种任务,比如包处理、协议分析、路由查找、声音/数据的汇聚、防火墙、QoS等.网络处理器器件内部通常由若干个微码处理器和若干硬件协处理器组成,多个微码处理器在网络处理器内部并行处理,通过预先编制的微码来控制处理流程.而对于一些复杂的标准操作（如内存操作、路由表查找算法、QoS的拥塞控制算法、流量调度算法等）则采用硬件协处理器来进一步提高处理性能,从而实现了业务灵活性和高性能的有机结合. INTiME公司的IME6400是一款典型的多通道数字音、视频编码系统级芯片,该芯片可以支持MPEG4/2/1视频压缩编码标准,同时支持I、P和B帧压缩,并可支持48/44.1/32/24/ 22.05/16KHZ音频采样.它运行存放在内部ROM或外部扩展ROM的固件,为了压缩视频、音频数据并存储编码流,一般外部需要扩展SDRAM,SDRAM的大小与要压缩的图像大小和模式相关. 对于某些应用场合,使用ASIC（专用集成电路）往往是低成本且高性能的方案.ASIC专门针对特定应用而设计,不具备也不需要灵活的编程能力.如ADV202是ADI公司推出的一款单片实现JPEG2000编解码的ASIC. 在实际项目的硬件方案中,往往会根据应用的需求选择通用处理器、数字信号处理器、特定领域处理器或ASIC之一的解决方案,在复杂的系统中,这些芯片可能会同时存在,协同合作,各自发挥自己的长处.如在一款智能手机中,可使用MCU处理图形用户界面和用户的按键输 |
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