徐勁松，管燕萍，湯新柱

(中興通訊 上海研發(fā)中心，上海201203)

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AM186EM處理器的地址空間優(yōu)化及應(yīng)用

徐勁松，管燕萍，湯新柱

(中興通訊 上海研發(fā)中心，上海201203)

AM186EM；CPU；地址空間

引 言

隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，各種新業(yè)務(wù)層出不窮，電信運(yùn)營(yíng)商對(duì)通信設(shè)備的功能需求日益增多，因此，通信設(shè)備經(jīng)常需要升級(jí)軟件版本，而隨著功能的日趨完善，軟件版本所需的存儲(chǔ)空間越來(lái)越大。電信級(jí)的通信設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很高，往往需要較大的內(nèi)存來(lái)存儲(chǔ)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，因此，通信設(shè)備中往往配置盡可能多的內(nèi)存。另一方面，激烈的競(jìng)爭(zhēng)促使各通信設(shè)備制造商盡可能采用物美價(jià)廉的器件以降低設(shè)備成本。一些廉價(jià)而高性能的處理器獲得了廣泛的應(yīng)用，然而這一類(lèi)處理器的尋址空間往往是有限的。AM186EM處理器由于其低成本、高性能，在基于x86架構(gòu)的嵌入式系統(tǒng)及通信設(shè)備中獲得了廣泛應(yīng)用。

1 AM186EM處理器及通用設(shè)計(jì)

AM186EM處理器只有20位地址的尋址空間，即存儲(chǔ)器的尋址范圍只有1M空間，包括內(nèi)存RAM、程序存儲(chǔ)器FLASH以及外圍存儲(chǔ)器(如雙口RAM等)映射到存儲(chǔ)器的尋址范圍。

圖1 AM186EM處理器的寄存器設(shè)置圖

圖1是AM186EM處理器的寄存器設(shè)置圖，可以分別設(shè)置高端存儲(chǔ)器片選(Upper Memory Chip Select，UMCS)寄存器、低端存儲(chǔ)器片選(Lower Memory Chip Select，LMCS)寄存器、中端存儲(chǔ)器片選(Midrange Memory Chip Select，MMCS)寄存器以及輔助(PCS and MCS Auxiliary，MPCS)寄存器這4個(gè)寄存器的地址范圍，而且UMCS、LMCS和MMCS寄存器可以針對(duì)不同設(shè)備的讀寫(xiě)速率分別設(shè)置不同的等待狀態(tài)。

圖2 采用AM186EM處理器的通信設(shè)備的設(shè)計(jì)框圖

這種設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)是：假設(shè)通信設(shè)備對(duì)RAM的需求很大，需要設(shè)置LMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設(shè)置的最大RAM容量，即512K內(nèi)存。因此，F(xiàn)LASH和外圍存儲(chǔ)器共用另外的512K的地址范圍。但是設(shè)置UMCS寄存器時(shí)只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而外圍存儲(chǔ)器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統(tǒng)的FLASH容量往往受限于256K的空間，因此系統(tǒng)若要增加新的業(yè)務(wù)處理程序，卻則會(huì)受到很大限制，而另一方面，AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間未使用。

同樣，對(duì)于另一類(lèi)通信設(shè)備，如果系統(tǒng)最初的地址空間分配已經(jīng)設(shè)置UMCS寄存器的選通范圍為處理器允許設(shè)置的最大FLASH容量(即512K FLASH)，則內(nèi)存和外圍存儲(chǔ)器共用另外的512K的地址范圍。但是設(shè)置LMCS寄存器時(shí)只能選擇64K、128K、256K或512K的地址范圍，而外圍存儲(chǔ)器的地址范圍一般用不到256K的地址范圍(例如只使用了64K)。這樣，系統(tǒng)的RAM容量往往受限于256K的空間，因此系統(tǒng)若因新的業(yè)務(wù)處理程序需要更大的內(nèi)存，則會(huì)受到很大限制，而另一方面AM186EM處理器的1M尋址空間中有些地址空間也未使用。

2 基于AM186EM的地址空間優(yōu)化應(yīng)用

針對(duì)AM186EM處理器，提供了一種地址空間優(yōu)化的應(yīng)用，可以擴(kuò)展FLASH或者內(nèi)存的可用空間，最大化利用處理器提供的地址空間范圍。以采用了最大RAM容量(512K)的通信設(shè)備為例，對(duì)擴(kuò)展該設(shè)備FLASH容量的情況進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。對(duì)于采用了最大FLASH容量(512K)的通信設(shè)備，如何擴(kuò)展該設(shè)備的RAM容量，其實(shí)現(xiàn)原理是類(lèi)似的。

圖3 基于AM186EM處理器的采用地址空間優(yōu)化的通信設(shè)備的設(shè)計(jì)框圖

圖3是基于AM186EM處理器的采用地址空間優(yōu)化的通信設(shè)備的設(shè)計(jì)框圖。對(duì)于采用最大RAM容量的通信設(shè)備，設(shè)置對(duì)應(yīng)選通RAM地址范圍的低端寄存器，使處理器能夠選通允許設(shè)置的最大RAM容量(512K)。接下來(lái)，使FLASH和外圍存儲(chǔ)器(如雙口RAM等)共享處理器高端寄存器允許設(shè)置的最大容量(512K)，這樣，除去外圍存儲(chǔ)器所需的容量外，剩余的空間可以全部作為FLASH的尋址空間。

FLASH和外圍存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)速率不同，為了避免處理器訪(fǎng)問(wèn)FLASH或內(nèi)存時(shí)與訪(fǎng)問(wèn)外圍存儲(chǔ)器時(shí)采用同樣的等待周期(以訪(fǎng)問(wèn)速率低的為標(biāo)準(zhǔn))從而影響到系統(tǒng)的性能，不能通過(guò)設(shè)置UMCS寄存器引入統(tǒng)一的等待狀態(tài)?？梢圆捎迷诳删幊唐骷﨏PLD中產(chǎn)生兩個(gè)不同的Ready信號(hào)，針對(duì)FLASH和外圍存儲(chǔ)器的訪(fǎng)問(wèn)引入不同的延時(shí)，兩個(gè)Ready信號(hào)通過(guò)一個(gè)二選一的算法(根據(jù)是FLASH的地址范圍，還是外圍存儲(chǔ)器的地址范圍)輸入到AM186EM處理器的異步Ready信號(hào)輸入端(ARDY)。

圖4是輸入到AM186EM處理器的ARDY輸入端的Ready信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)序圖。對(duì)于AM186EM處理器而言，一般情況下，一個(gè)指令周期等于4個(gè)時(shí)鐘周期。引入外部Ready信號(hào)后，處理器會(huì)從指令的第三個(gè)時(shí)鐘周期開(kāi)始采樣Ready信號(hào)的狀態(tài)，若Ready信號(hào)有效(高電平)，則在下一個(gè)時(shí)鐘周期操作相應(yīng)的設(shè)備；若Ready信號(hào)無(wú)效(低電平)，則不執(zhí)行任何操作，在下一個(gè)時(shí)鐘周期再次采樣Ready信號(hào)的狀態(tài)。因此，Ready信號(hào)產(chǎn)生的原理是針對(duì)不同的設(shè)備通過(guò)低電平產(chǎn)生合適的延時(shí)后，再通過(guò)高電平使信號(hào)有效，這樣，處理器在下一個(gè)時(shí)鐘周期就可以操作該設(shè)備了。

圖4 ARDY輸入端的Ready信號(hào)的產(chǎn)生時(shí)序圖

結(jié) 語(yǔ)

[1] AMD. AM186EM and AM188EM Microcontrollers User’s Manual[EB/OL].[2015-01].http://support.amd.com/TechDocs/19713.pdf#.

徐勁松(高級(jí)工程師)，研究方向?yàn)橥ㄐ殴叹W(wǎng)產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃。

研華成立WISE-Cloud智慧云平臺(tái)聯(lián)盟

研華科技在昆山協(xié)同創(chuàng)新研發(fā)中心舉辦“WISE-Cloud物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)聯(lián)盟發(fā)表會(huì)暨大數(shù)據(jù)商機(jī)論壇”。憑借在硬件領(lǐng)域31年的經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，研華在大會(huì)中首次成立WISE-Cloud物聯(lián)網(wǎng)智慧云平臺(tái)聯(lián)盟，為系統(tǒng)集成商和設(shè)備制造商打造一個(gè)穩(wěn)定、快速、整合、模塊化的開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，CIXING、安杰信息、上海煦輝、海得控制、銀晟偉業(yè)、金自天正、米蘭技術(shù)七家分別從事數(shù)字標(biāo)牌、智慧物流、智能制造、綜合監(jiān)控、機(jī)器人等領(lǐng)域的合作伙伴，首批進(jìn)駐WISE-Cloud物聯(lián)網(wǎng)智慧云平臺(tái)聯(lián)盟。

Address Range Optimization and Application Based on AM186EM

Xu Jinsong,Guan Yanping,Tang Xinzhu

(Shanghai R&D Center,ZTE Company,Shanghai 201203,China)

AM186EM;CPU;address range

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2015-01-07)