Prosesor Blackfin : Arsitektur, Fitur & Aplikasinya

Prosesor Blackfin dirancang, dikembangkan, & dipasarkan melalui Perangkat Analog & Intel sebagai Micro Signal Architecture (MSA). Arsitektur prosesor ini diumumkan pada Desember 2000 & didemonstrasikan pertama kali di ESC ( Sistem Tertanam Conference) pada bulan Juni 2001. Prosesor Blackfin ini terutama dirancang untuk mencapai batasan daya & tuntutan komputasi dari aplikasi audio, video & komunikasi tertanam saat ini. Artikel ini membahas tentang ikhtisar a Prosesor sirip hitam – arsitektur dan aplikasinya.

Apa itu Prosesor Blackfin?

Prosesor Blackfin adalah 16 atau 32-bit mikroprosesor yang mencakup fungsionalitas DSP titik tetap bawaan yang disediakan melalui MAC 16-bit (multiply–accumulates). Ini prosesor terutama dirancang untuk arsitektur prosesor daya rendah gabungan yang dapat menjalankan OS sambil menangani tugas numerik yang sulit secara bersamaan seperti pengkodean video H.264 waktu nyata.

Prosesor ini menggabungkan fungsi pemrosesan sinyal MAC 32-bit RISC & dual 16-bit dengan mudah menggunakan atribut yang ditemukan dalam mikrokontroler tujuan umum. Jadi kombinasi atribut pemrosesan ini memungkinkan Prosesor Blackfin mencapai hasil yang sama baik dalam aplikasi pemrosesan kontrol & pemrosesan sinyal. Kemampuan ini sangat menyederhanakan tugas implementasi desain perangkat keras & perangkat lunak.

Fitur Sirip Hitam:

• Prosesor ini memiliki arsitektur rangkaian instruksi tunggal termasuk kinerja pemrosesan yang memenuhi/mengalahkan rangkaian produk pengolah sinyal digital atau DSP untuk memberikan efisiensi biaya, daya & memori yang lebih baik.
• Prosesor arsitektur 16 atau 32-bit ini memungkinkan aplikasi tertanam yang akan datang.
  Pemrosesan multimedia, sinyal & kontrol dalam satu inti.
• Ini meningkatkan produktivitas pengembang.
• Ini memiliki kinerja yang dapat disesuaikan di seluruh manajemen daya dinamis untuk konsumsi daya atau pemrosesan sinyal.
• Ini diadopsi dengan sangat cepat ke dalam berbagai desain yang hanya didukung oleh beberapa rantai alat serta sistem operasi.
• Ini membutuhkan pengoptimalan minimum karena lingkungan pengembangan perangkat lunak yang kuat digabungkan dengan kinerja inti.
• Prosesor Blackfin mendukung alat pengembangan terdepan di industri.
• Performa prosesor ini & setengah dari kekuatan DSP pesaing memungkinkan spesifikasi canggih & aplikasi baru.

Arsitektur Prosesor Blackfin

Prosesor Blackfin menyediakan fungsi unit pengontrol mikro & pemrosesan sinyal digital dalam satu prosesor dengan memungkinkan fleksibilitas. Jadi prosesor ini menyertakan prosesor SIMD (single instruction multiple data) termasuk beberapa fitur seperti panjang variabel MEMPERTARUHKAN instruksi, watchdog timer, on-chip PLL, memory management unit, real-time clock, port serial dengan 100 Mbps, UART pengontrol & SPI port.

MMU mendukung banyak DMA saluran untuk mentransfer data antara periferal & subsistem memori FLASH, SDRAM, dan SRAM. Ini juga mendukung cache data & instruksi on-chip yang dapat dikonfigurasi. Prosesor Blackfin adalah perangkat keras sederhana yang mendukung operasi aritmatika 8, 16, dan 32-bit.

Arsitektur Blackfin terutama didasarkan pada arsitektur sinyal mikro dan ini dikembangkan bersama oleh ADI (Analog Devices) & Intel, yang mencakup set instruksi RISC 32-bit dan set instruksi video 8-bit dengan multi-akumulasi 16-bit ganda (MAC) unit.

Perangkat analog mampu mencapai keseimbangan antara persyaratan DSP & MCU melalui arsitektur kumpulan instruksi Blackfin. Secara umum, prosesor Blackfin digabungkan dengan alat pengembangan perangkat lunak VisualDSP++ yang kuat tetapi sekarang dengan menggunakan C atau C++, dimungkinkan untuk menghasilkan kode yang sangat efisien dengan sangat mudah dari sebelumnya. Untuk kebutuhan real-time, dukungan sistem operasi menjadi sangat penting, sehingga Blackfin mendukung no. sistem operasi & perlindungan memori. Prosesor Blackfin hadir dalam single-core seperti BF533, BF535 & BF537, dan dual-core seperti model BF561.

Arsitektur prosesor Blackfin mencakup periferal on-chip yang berbeda seperti PPI (Parallel Peripheral Interface), SPORTS (Serial Ports), SPI (Serial Peripheral Interface), UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), Pengatur waktu tujuan umum, RTC (Real-Time Jam), Watchdog timer, I/O tujuan umum (bendera yang dapat diprogram), Antarmuka Controller Area Network (CAN). , Ethernet MAC, Peripheral DMA -12, Memory to Memory DMA -2 termasuk Handshake DMA, TWI (Two-Wire Interface) Controller, Debug atau JTAG Interface & Event Handler dengan 32 Mengganggu Input. Semua periferal dalam arsitektur ini hanya dihubungkan melalui bus bandwidth tinggi yang berbeda ke inti. Jadi, deskripsi dari beberapa periferal ini diberikan di bawah ini.

PPI atau Antarmuka Periferal Paralel

Prosesor Blackfin hanya menyediakan PPI yang juga dikenal sebagai Parallel Peripheral Interface. Antarmuka ini terhubung langsung ke konverter analog ke digital & digital ke analog paralel, pembuat enkode video, dan dekoder & juga ke periferal serba guna lainnya.

Antarmuka ini mencakup pin CLK masukan khusus, tiga pin sinkronisasi bingkai & 16 pin data. Di sini, pin input CLK hanya mendukung laju data paralel yang setara dengan setengah dari kecepatan CLK sistem. Tiga mode ITU-R 656 yang berbeda hanya mendukung Video Aktif, Pengosongan Vertikal & bidang lengkap.

Mode tujuan umum PPI diberikan agar sesuai dengan berbagai aplikasi transmisi & pengambilan data. Jadi mode ini dipisahkan ke dalam kategori utama Penerimaan Data melalui Sinkronisasi Bingkai yang Dihasilkan Secara Internal, Pengiriman Data melalui Sinkronisasi Bingkai yang Dihasilkan Secara Internal, Pengiriman Data melalui Sinkronisasi Bingkai yang Dihasilkan Secara Eksternal dan Data yang Diterima melalui Sinkronisasi Bingkai yang Dihasilkan Secara Eksternal.

OLAHRAGA

Prosesor Blackfin mencakup dua port serial sinkron saluran ganda SPORT0 & SPORT1 yang digunakan untuk komunikasi serial & multiprosesor. Jadi ini adalah port serial berkecepatan tinggi dan sinkron yang mendukung I²S , TDM & berbagai mode pembingkaian lain yang dapat dikonfigurasi untuk menghubungkan DAC , ADC, FPGA & prosesor lainnya.

SPI atau Port Antarmuka Periferal Serial

Prosesor Blackfin menyertakan port SPI yang memungkinkan prosesor berkomunikasi dengan berbagai perangkat yang kompatibel dengan SPI. Antarmuka ini hanya menggunakan tiga pin untuk mengirimkan data, pin data-2 & satu pin CLK. Pin input dan output pilihan dari port SPI hanya memberikan SSI full-duplex (antarmuka serial sinkron) yang mendukung mode master & slave dan juga lingkungan multi-master. Baud rate dari port SPI & clock phase atau polaritas ini dapat diprogram. Port ini memiliki pengontrol DMA terintegrasi yang mendukung pengiriman/penerimaan aliran data.

Timer

Prosesor Blackfin memiliki 9 unit pengatur waktu yang dapat diprogram. Pengatur waktu ini menghasilkan interupsi ke inti prosesor untuk menyediakan peristiwa berkala yang dimaksudkan untuk sinkronisasi ke jam prosesor atau ke hitungan sinyal eksternal.

UART

Istilah UART adalah singkatan dari port 'pemancar penerima asinkron universal'. Prosesor Blackfin menyediakan port UART 2-half-duplex, yang sangat cocok untuk UART standar PC. Port ini hanya menyediakan antarmuka UART dasar ke host atau periferal lain untuk menyediakan transfer data serial asinkron, setengah dupleks, dan didukung DMA.

Port UART mencakup 5 hingga 8 bit data dan 1 atau 2 bit stop dan mendukung 2 mode operasi seperti Programmed I/O & DMA. Dalam mode pertama, prosesor mentransmisikan atau menerima data melalui register yang dipetakan I/O baca/tulis, di mana pun data di-buffer dua kali pada pengiriman & penerimaan. Dalam mode kedua, pengontrol DMA mengirimkan & menerima data dan mengurangi jumlah interupsi yang diperlukan untuk mengirimkan data dari & ke memori.

RTC atau Jam Waktu Nyata

Jam real-time dari prosesor blackfin hanya menyediakan fitur yang berbeda seperti stopwatch, waktu & alarm saat ini. Jadi, jam real-time di-clock dengan kristal 32,768 kHz di luar prosesor Blackfin. RTC di dalam prosesor memiliki pin catu daya, yang dapat tetap menyala & mencatat waktu meskipun prosesor Blackfin lainnya dalam kondisi daya rendah. Jam real-time menyediakan sejumlah opsi interupsi yang dapat diprogram. Frekuensi input CLK 32,768 kHz dipisahkan menjadi sinyal 1 Hz melalui Prescaler. Mirip dengan perangkat lain, jam waktu nyata dapat membangunkan prosesor Blackfin dari mode Tidur Nyenyak/Tidur.

Timer Pengawas

Prosesor Blackfin memiliki pengatur waktu pengawas 32-bit, yang digunakan untuk menjalankan fungsi pengawas perangkat lunak. Jadi pemrogram menginisialisasi nilai hitungan pengatur waktu yang memungkinkan interupsi yang tepat, dan kemudian mengizinkan pengatur waktu. Setelah itu, perangkat lunak harus memuat ulang penghitung sebelum dihitung dari nilai terprogram ke '0'.

GPIO atau I/O Tujuan Umum

GPIO adalah pin sinyal digital yang digunakan sebagai input, output, atau keduanya & dikendalikan melalui perangkat lunak. Prosesor Blackfin mencakup pin GPIO (general-purpose I/O), 48-bi-directional melintasi modul GPIO 3-terpisah seperti PORTFIO, PORTHIO & PORTGIO yang masing-masing terhubung dengan Port G, Port H & Port F. Setiap pin port tujuan umum dikontrol secara individual melalui manipulasi status, kontrol port & register interupsi seperti GPIO DCR, GPIO CSR, GPIO IMR, dan GPIO ISR.

MAC Ethernet

Periferal Ethernet MAC dalam prosesor Blackfin menyediakan 10 hingga 100 Mb/s antara MII (Media Independent Interface) & subsistem periferal Blackfin. MAC hanya bekerja dalam mode Full-Duplex & Half-Duplex. Pengontrol akses media di-clock secara internal dari pin CLKIN prosesor.

Penyimpanan

Memori arsitektur Prosesor Blackfin hanya menyediakan blok memori Level 1 & Level 2 dalam implementasi perangkat. Memori L1 seperti memori data & instruksi hanya terhubung ke inti prosesor secara langsung, berjalan pada kecepatan CLK sistem lengkap & memberikan kinerja sistem maksimum untuk segmen algoritma waktu kritis. Memori L2 seperti memori SRAM lebih besar yang memberikan sedikit penurunan kinerja, namun masih lebih cepat dibandingkan dengan memori off-chip.

Struktur memori L1 diimplementasikan untuk memberikan performa yang diperlukan untuk memproses sinyal sambil menawarkan program dalam mikrokontroler. Ini dicapai dengan hanya mengizinkan memori L1 diatur sebagai SRAM, cache, atau kombinasi keduanya.

Dengan mendukung model pemrograman cache dan SRAM, perancang sistem menetapkan kumpulan data pemrosesan sinyal real-time penting yang membutuhkan latensi rendah & bandwidth tinggi ke dalam SRAM, sembari menyimpan kontrol waktu nyata atau tugas OS di dalam memori cache.

Mode Boot

Prosesor Blackfin menyertakan enam mekanisme untuk pemuatan memori instruksi L1 internal secara otomatis setelah reset. Jadi mode boot yang berbeda terutama meliputi; Mode boot dari memori flash luar 8-bit & 16-bit, memori serial SPI. Perangkat host SPI, UART, memori serial TWI, Host TWI dan bekerja dari memori eksternal 16-bit, melewati seri boot. Untuk masing-masing dari 6 mode boot pertama, header 10-byte pertama dibaca dari perangkat memori eksternal. Jadi, tajuk menunjukkan no. byte yang akan dikirim & alamat tujuan memori. Beberapa blok memori dapat dimuat melalui seri boot apa pun. Ketika semua blok hanya dimuat, maka eksekusi program dimulai dari awal SRAM instruksi L1.

Mode Pengalamatan

Mode pengalamatan prosesor sirip hitam hanya menentukan bagaimana seseorang mengakses memori dan pengalamatan untuk menentukan lokasi. Mode pengalamatan yang digunakan dalam prosesor sirip hitam adalah pengalamatan tidak langsung, peningkatan/penurunan otomatis, modifikasi pasca, diindeks dengan offset langsung, buffer melingkar, dan Bit terbalik.

Pengalamatan Tidak Langsung

Dalam mode ini, bidang alamat di dalam instruksi mencakup lokasi memori atau register di mana pun alamat operan yang efisien ada. Pengalamatan ini diklasifikasikan ke dalam dua kategori seperti Register Indirect & Memory Indirect.

Misalnya BEBAN R1, @300

Dalam instruksi di atas, alamat efektif hanya disimpan di lokasi memori 300.

Pengalamatan Autoincrement/Decrement

Pengalamatan peningkatan otomatis hanya memperbarui register Pointer dan Indeks setelah hak masuk. Jumlah kenaikan terutama tergantung pada ukuran ukuran kata. Akses kata 32-bit dapat menghasilkan pembaruan Pointer dengan '4'. Akses kata 16-bit memperbarui Pointer dengan '2' & akses kata 8-bit memperbarui Pointer dengan '1'. Operasi baca baik 8-bit & 16-bit dapat menunjukkan baik zero-extend/sign-extend konten ke register target. Register penunjuk terutama digunakan untuk akses 8, 16, & 32-bit sedangkan register Indeks hanya digunakan untuk akses 16 & 32bit

Contoh: R0 = W [ P1++ ] (Z) ;

Dalam instruksi di atas, kata 16-bit dimuat ke dalam register tujuan 32-bit dari alamat yang ditunjuk melalui register Pointer 'P1'. Setelah itu, Pointer ditambah dengan 2 & kata '0' diperpanjang untuk mengisi register tujuan 32-bit.

Demikian pula, pengurangan otomatis bekerja dengan mengurangi alamat setelah hak masuk.

Contoh: R0 = [ I2– ] ;

Dalam instruksi di atas, nilai 32-bit dimuat ke register tujuan & mengurangi register Indeks sebanyak 4.

Pengalamatan Pasca-modifikasi

Jenis pengalamatan ini hanya menggunakan nilai dalam register Indeks/Penunjuk seperti alamat efisien. Setelah itu, memodifikasinya dengan isi register. Register indeks hanya diubah dengan register yang dimodifikasi sedangkan register penunjuk diubah oleh register penunjuk lainnya. Seperti register tujuan, pengalamatan tipe Post-modify tidak mendukung register Pointer.

Contoh: R3 = [ P1++P2 ] ;

Dalam instruksi di atas, nilai 32-bit dimuat ke register 'R3' dan ditemukan di dalam lokasi memori yang ditunjuk oleh register 'P1'. Setelah itu, nilai dalam register 'P2' ditambahkan ke nilai dalam register P1.

Diindeks dengan Immediate Offset

Pengalamatan yang diindeks hanya mengizinkan program untuk mendapatkan nilai dari tabel data. Register Pointer diubah oleh bidang langsung, setelah itu digunakan sebagai alamat efektif. Jadi nilai register Pointer tidak diperbarui.

Misalnya, jika P1 = 0x13, maka [P1 + 0x11] akan secara efisien setara dengan [0x24], yang dikaitkan dengan semua akses.

Pengalamatan Terbalik Bit

Untuk beberapa algoritme, program memerlukan pengalamatan pembawa bit-terbalik untuk memperoleh hasil secara berurutan, terutama untuk kalkulasi FFT (Fast Fourier Transform). Untuk memenuhi persyaratan algoritme ini, fitur pengalamatan bit-terbalik dari Generator Alamat Data berulang kali memungkinkan pengelompokan rangkaian data & menyimpan data ini dalam urutan bit-terbalik.

Pengalamatan Buffer Edaran

Prosesor Blackfin menyediakan fitur seperti pengalamatan sirkular opsional yang hanya menambah Daftar Indeks dengan rentang alamat yang telah ditentukan, setelah itu akan mengatur ulang secara otomatis register indeks untuk mengulangi rentang tersebut. Jadi fitur ini meningkatkan kinerja loop input/output hanya dengan menghapus penunjuk indeks alamat setiap saat.

Pengalamatan buffer melingkar sangat berguna saat berulang kali memuat atau menyimpan serangkaian blok data berukuran tetap. Isi buffer melingkar harus memenuhi kondisi berikut:

• Panjang maksimum buffer melingkar harus berupa angka yang tidak bertanda dengan besaran di bawah 231.
• Magnitudo pengubah harus di bawah panjang buffer melingkar.
• Lokasi pertama penunjuk 'I' harus berada di buffer melingkar yang ditentukan oleh panjang 'L' & dasar 'B'.

Jika salah satu kondisi di atas tidak terpenuhi, maka perilaku prosesor tidak ditentukan.

Daftar File Prosesor Blackfin

Prosesor Blackfin menyertakan tiga file register definitif seperti; File Daftar Data, File Daftar Penunjuk & Daftar DAG.

• File register data mengumpulkan operan menggunakan bus data yang digunakan untuk unit komputasi & menyimpan hasil komputasi.
• File register pointer berisi pointer yang digunakan untuk operasi pengalamatan.
• Register DAG mengelola buffer sirkuler zero-overhead yang digunakan untuk operasi DSP.

Prosesor Blackfin menyediakan manajemen daya & kinerja kelas satu. Ini dirancang dengan metodologi desain tegangan rendah & daya rendah yang mampu memvariasikan tegangan & frekuensi operasi untuk mengurangi penggunaan daya secara keseluruhan secara signifikan. Sehingga hal ini dapat mengakibatkan penurunan penggunaan daya yang cukup besar, dibandingkan dengan hanya mengubah frekuensi operasi. Jadi ini memungkinkan masa pakai baterai lebih lama untuk peralatan praktis.

Prosesor Blackfin mendukung berbagai memori eksternal seperti DDR-SDRAM, SDRAM, NAND flash, SRAM & NOR flash. Beberapa prosesor Blackfin juga terdiri dari antarmuka penyimpanan massal seperti SD/SDIO & ATAPI. Mereka juga dapat mendukung memori 100 megabyte dalam ruang memori eksternal.

Keuntungan

Itu keuntungan dari prosesor Blackfin termasuk berikut ini.

• Prosesor Blackfin memberikan manfaat dasar bagi perancang sistem.
• Prosesor Blackfin menawarkan fleksibilitas perangkat lunak serta skalabilitas untuk aplikasi konvergen seperti pemrosesan audio, video, suara & gambar dalam multiformat, keamanan real-time, pemrosesan kontrol, dan pemrosesan paket baseband multimode
• Kapasitas pemrosesan kontrol yang efisien & pemrosesan sinyal berkinerja tinggi memungkinkan berbagai pasar & aplikasi baru.
• DPM (Dynamic Power Management) memungkinkan perancang sistem untuk secara khusus memodifikasi konsumsi daya perangkat sesuai persyaratan sistem akhir.
• Prosesor ini sangat mengurangi waktu & biaya pengembangan.

Aplikasi

Itu aplikasi prosesor Blackfin termasuk berikut ini.

• Prosesor Blackfin ideal untuk banyak aplikasi seperti ADAS (sistem bantuan pengemudi tingkat lanjut otomotif) , sistem pengawasan atau keamanan & visi mesin industri.
• Aplikasi Blackfin meliputi sistem kontrol motor servo, elektronik otomotif, sistem pemantauan & perangkat konsumen multimedia.
• Prosesor ini hanya menjalankan mikrokontroler & fungsi pemrosesan sinyal.
• Ini digunakan untuk audio, kontrol proses, otomotif, pengujian, pengukuran, dll.
• Prosesor Blackfin digunakan dalam aplikasi pemrosesan sinyal seperti nirkabel broadband, komunikasi seluler & peralatan Internet berkemampuan audio atau video.
• Blackfin digunakan dalam aplikasi konvergen seperti media jaringan & streaming, hiburan rumah digital, telematika otomotif, infotainment, TV seluler, radio digital, dll.
• Prosesor Blackfin adalah prosesor tertanam yang memiliki efisiensi daya & kinerja tertinggi yang digunakan dalam aplikasi di mana pun suara multi-format, audio, video, pita basis multi-mode, pemrosesan gambar, pemrosesan paket, keamanan real-time & pemrosesan kontrol signifikan.

Jadi, ini ikhtisar Prosesor Blackfin – arsitektur, keunggulan & aplikasinya. Prosesor ini melakukan pemrosesan sinyal & fungsi mikrokontroler. Ini pertanyaan untuk Anda, apa itu prosesor?