|
|
對于微處理界第一顆基于ARM? Cortex?-M7內(nèi)核的高性能微控制器STM32F7系列，相信很多人對它不陌生了。比如STM32F7系列微控制器采用90nm工藝，工作頻率高達(dá)216MHz，采用6級超標(biāo)量流水線，帶浮點單元，測試分?jǐn)?shù)高達(dá)1000CoreMarks，性能提升的同時保持高能效，與STM32F4系列管腳高度兼容等等。
一般來講，基于ARM? Cortex?-M7內(nèi)核的微控制器大多具有類似的處理器配置選項。通常包括：
一個64位AXI系統(tǒng)總線接口
一個指令和數(shù)據(jù)高速緩存
64位指令緊耦合存儲器（ITCM）
雙32位數(shù)據(jù)緊耦合存儲器（DTCM）
不過，本文從應(yīng)用開發(fā)的層面?zhèn)戎亟榻BSTM32F7系列有別于其它使用Cortex-M7內(nèi)核的MCU的幾個特性。
首先，第一個重要區(qū)別在于STM32F7器件同時具有ITCM接口和AXI接口連接到片內(nèi)閃存，如圖1所示。
圖1：基于ARMCortex-M7內(nèi)核的系統(tǒng)級芯片的框圖
ITCM和AXI雙接口的存在使得執(zhí)行代碼具備更大的靈活性。此外，STM32F7還有一個稱為自適應(yīng)實時加速器（ARTAccelerator?）的內(nèi)置閃存加速器，從而實現(xiàn)閃存零等待執(zhí)行。使用TCM接口和ART加速器能能實現(xiàn)與帶緩存AXI接口相似的性能。同時用戶代碼也不會有高速緩存失效或高速緩存維護(hù)操作的麻煩。
利用ARTAccelerator加速引擎和高達(dá)16kB的L1緩存，STM32F7 MCU可實現(xiàn)ARM Cortex-M7的最佳性能。不管是從片內(nèi)閃存還是外部存儲器執(zhí)行代碼，在216MHz下均可達(dá)到1082 CoreMark/462 DMIPS。
第二個重大區(qū)別在于內(nèi)部SRAM分布在幾個模塊中，以降低動態(tài)功耗，并允許從各個總線主機同時訪問不同的SRAM模塊，以優(yōu)化帶寬和延遲。
此架構(gòu)的一個典型應(yīng)用實例就是人機界面，在人機界面中，音頻和圖形數(shù)據(jù)與系統(tǒng)RAM之間的傳輸必須同時進(jìn)行。
第三個就是它的高級浮點單元。STM32F7系列器件具有一個高性能的單或雙精度浮點單元（FPU），支持所有ARM單或雙數(shù)據(jù)處理指令和數(shù)據(jù)類型。FPU在需要浮點數(shù)學(xué)精度的許多應(yīng)用中提供了優(yōu)勢，包括環(huán)路控制、音頻處理、音頻解碼和數(shù)字濾波等。
當(dāng)然它還有個額外優(yōu)勢，那就是將某些功能的執(zhí)行或處理從CPU分流到FPU，使CPU用于其他任務(wù)。它支持雙精度，因此更易于使用雙精度浮點指令的基于PC的數(shù)學(xué)軟件。
第四，STM32F7MCU最有特色的設(shè)計之一是它們的智能系統(tǒng)架構(gòu)，它使用兩個子系統(tǒng)，如圖2所示：
圖2：STM32F7微控制器的總線矩陣
AXI-to-multi-AHB橋?qū)?/font>AXI4協(xié)議轉(zhuǎn)換成AHB-Lite協(xié)議
multi-AHB總線矩陣管理主機之間的訪問仲裁
該仲裁使用循環(huán)調(diào)度算法保障主機對從機的訪問，即使多個高速外設(shè)同時工作，也能實現(xiàn)同時訪問并高效運行。
最后，不得不提它的L1高速緩存。STM32F7嵌入了指令和數(shù)據(jù)高速緩存，當(dāng)從片上或片外存儲器讀取代碼和數(shù)據(jù)時可彌補插入等待的時間，從而提高性能。當(dāng)然，如果出現(xiàn)高速緩存失效和高速緩存行填充，此時讀取高速緩存將無法保證數(shù)據(jù)的確定性。
由于可緩存存儲器不僅可以被CPU訪問，也可以被其他主機訪問（如DM），因此需要軟件維護(hù)操作。比如，訪問物理存儲器時，主機可能會讀出過期的數(shù)據(jù)，而更新的數(shù)據(jù)在CPU高速緩存中已經(jīng)有效可用了。
為了避免這個問題，開發(fā)者編寫用戶代碼時可以采取以下措施：
當(dāng)CPU以外的主機要對可緩存存儲器進(jìn)行訪問操作之前，建議先進(jìn)行高速緩存清除操作。這是為了確保CPU的最新數(shù)據(jù)被寫回到物理存儲器。
當(dāng)CPU以外的主機對可緩存的存儲器更新數(shù)據(jù)后，在對該位置進(jìn)行讀操作之前，CPU應(yīng)該使高速緩存失效。這是為了確保從物理存儲器的直接讀取。
有時可以考慮無高速緩存操作。當(dāng)一個可被緩存的存儲器被其它主機頻繁訪問時，可以配置該存儲器的不可緩存屬性從而防止數(shù)據(jù)的不一致問題發(fā)生。
|
|
QQ好友和群
QQ空間
騰訊微博
騰訊朋友
收藏
淘帖
頂
踩
