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发信人: Lerry (想不开·撞树), 信区: ITnews
标  题: S698 32位SPARC嵌入式处理器设计及其应用 (转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2003年06月05日10:22:27 星期四), 站内信件

【以下文字转载自 Algorithm 讨论区】
【原文由 Lerry 所发表】
S698 32位SPARC嵌入式处理器设计及其应用
房树磊喻明艳王进祥颜军
欧比特（珠海）软件工程有限公司
www.orbitabluebox.com
    关键词：嵌入式处理器、SAILING、SPARC、CPU体系结构、FPU、指令集、开发系统
、CPU主机板
　　摘　要：阐述了32位嵌入式处理器S698的设计、实现及其应用设计，并着重介绍了
S698处理器芯片的体系架构、功能、片上外设配置以及S698处理器的芯片开发系统和应
用开发系统。简述了基于S698处理器的Compact PCI主机板产品的应用设计。
　　SAILING S698处理器（以下简称S698处理器）是欧比特（珠海）软件工程有限公司
为满足嵌入式系统应用而研制的32位RISC嵌入式处理器，其设计遵循SPARC V8标准。SP
ARC是国际上流行的处理器架构之一，在业内享有盛名，具备广大的用户群和广阔的应用
领域。
　　S698处理器采用AMBA总线作为片内系统架构总线，片上各模块通过AMBA总线进行数
据交换和通讯。AMBA总线配置了PCI总线接口、存储器总线接口、UART、定时器、中断管
理器、I/O、看门狗、配置寄存器等，使得S698芯片的集成度和功能得到了大幅度的提高
。采用AMBA总线架构，使得S698处理器具有很强的可裁减性和扩展性，设计者可以很方
便地增减片上的内部模块，为客户定制以及产品系列化、模块化设计开发提供了极大方
便。欧比特公司将继续提供S698处理器的系列化产品。
　　S698处理器CPU内部指令实行单指令发射流水线，具备五级流水（PIPELINE），分别
为取指、译码、执行、存储和回写五个阶段。这样，每个时钟周期就执行一条指令，充
分体现了RISC芯片的优势。同时，S698处理器采用先进的时钟配置及管理机制以及低功
耗优化设计。
　　S698处理器具备强实时处理能力，完全支持嵌入式实时操作系统，具有完整的芯片
及应用开发系统。S698处理器是高端工业控制、宇航控制器、消费电子等领域的理想选
择。
　　基于S698处理器芯片，利用其完整的软硬件开发系统，用户可以轻便地设计各种各
样的嵌入式应用系统，包括PC/104主机板、VME主机板、CPCI主机板等。
    S698处理器设计思想
　　S698处理器采用ASIC正向设计流程，利用VHDL进行RTL设计，所有VHDL模型均可重复
利用，并可综合。S698处理器的VHDL模型完全支持目前流行的大部分综合工具，如SYNO
PSYS、SYNPLIFY以及ISE等，可以在FPGA以及ASIC平台上加以验证和实现。
　　S698处理器CPU内部指令实行单指令发射流水线，具备五级流水（PIPELINE），分别
为取指、译码、执行、存储和回写五个阶段。这样，每个时钟周期就执行一条指令，充
分体现了RISC芯片的架构优势。为提高S698处理器的强实时处理能力，其内部设计采用
了硬件乘法器、除法器以及64位浮点运算器（FPU）等，同时增加了对DSP指令的支持。

　　如图1所示， S698处理器采用AMBA总线作为片内系统架构总线，片上各模块通过AM
BA总线进行数据交换和通讯。AMBA总线配置了大量的片上外设，包括PCI总线控制器、存
储器总线接口控制器、UART、定时器、中断管理器、I/O、看门狗、配置寄存器等，大幅
度的提高了S698芯片的集成度和功能。采用AMBA总线架构，使得S698处理器具有很强的
可裁减性和扩展性，充分体现了芯片平台化设计的思想。
　　S698处理器采用先进的时钟配置及管理机制（包括PLL），降低了S698的输入时钟频
率，解除了对板级产品设计时高频时钟的要求，并使得AMBA总线的时钟（SYSCLK）总是
处于理想的应用状态。同时，S698处理器配置了调试支持单元（DSU），大大地提高了该
处理器的在线调试能力。
　　S698处理器应该具备强实时处理能力，完全支持嵌入式实时操作系统。为此，欧比
特公司为S698处理器专门设计了实时嵌入式操作系统（ORBITA EOS/S698）。
    S698处理器简介
　　1特性
　　基于AMBA总线的可裁减系统结构；
　　基于SPARC V8的高性能32位整型数运算单元（IU）；
　　IU配置8K指令缓存器（CACHE），8K数据缓存器（CACHE）；
　　配置集成32/64位浮点处理器单元（FPU），符合IEEE－754标准；
　　采用先进的时钟配置及管理机制（PLL）；
　　集成大量的片上外设，包括PCI总线控制器、存储器总线接口控制器、UART、定时
器、中断管理器、I/O、看门狗、配置寄存器等；
　　集成调试支持单元（DSU），支持直接硬件调试；
　　支持边界扫描，符合IEEE－11491标准；
　　采用0.25微米CMOS工艺；
　　处理速度：100 MIPS/25MFLOPS @ 100MHZ；
　　支持多种封装模式，包括BGA、PGA和MQFP等。
　　2整型运算单元（IU） S698处理器的整型运算单元（IU）采用SPARC V8标准的整
型运算指令集以及架构，具有32位整型数运算；5级指令流水线；相互独立的指令和数据
缓存接口；8个寄存器窗口；硬件乘法器；16位乘加指令(DSP指令)，40位累加器；2进制
硬件除法器等特征。
　　3缓存器（CACHE） S698为
Harvard结构，地址数据总线分开，分别连接相互独立的缓存（CACHE）控制器。CAHCE只
对PROM区和RAM区作用，处理器访问其他区域时，CACHE处于旁路状态。S698处理器的C
ACHE采用直接映射的缓存方式。
　　4浮点处理器单元（FPU） S698处理器的FPU支持SPARC V8的全部浮点操作。FPU作
为IU的执行单元，同IU工作在串行模式下。S698处理器的浮点数据及指令格式遵循IEEE
－754标准。
　　5SPARC V8指令集　 S698处理器的指令集完全符合SPARC V8指令标准，可以分为
5类，分别为：存储指令、算术/逻辑运算/移位指令、传输控制指令、控制寄存器读写指
令、浮点指令以及其他指令。详细定义请参考SPARC V8 指令集。
　　6AMBA片内系统架构总线 S698处理器采用AMBA 2.0 标准片内系统架构总线。AMB
A 2.0 AHB总线连接片内高速部件，低速部件通过AMBA 2.0 APB总线互连，高速部件同低
速部件之间通过一个AHB/APB转换桥连接，从而保证了高速部件之间的数据传输速率，提
高了处理器的稳定性和性能。
　　7片上外设　S698处理器为系统设计者提供了丰富的接口资源，集成了大量的片
上外设，包括PCI总线控制器、存储器总线接口控制器、UART、定时器、中断管理器、I
/O、看门狗、配置寄存器等。存储器总线接口控制器包括SDRAM控制器等。
　　8硬件调试支持　 S698处理器内部集成了调试支持单元（DSU），用来进行在线调
试应用软件。其对外接口（TAP）为RS232标准。DSU内部实现了简单的通信协议。在调试
模式下，用户可以通过此接口查看处理器内部的所有资源，包括IU内部寄存器、系统寄
存器等，同时还可以通过此接口访问目标板上的存储器，实现对存储器的读写。在下述
情况下，S698处理器均可以进入调试模式：
　　执行断点指令；
　　IU执行到断点/观察点位置；
　　DSUBRK信号上升沿；
　　在DSU控制寄存器中设置break－now位；
　　发生使处理器进入error模式的trap；
　　DSU控制寄存器中选择的trap被触发；
　　执行单步操作；
　　执行到DSU的断点位置。
　　9S698处理器产品封装　S698处理器产品支持PGA、BGA和MQFP等封装形式。当采
用BGA封装形式时，S698处理器的封装为PBGA329（球形栅格阵列封装），如图2所示。
    S698处理器开发系统
　　S698处理器开发系统有两类：即S698处理器芯片开发系统和S698处理器应用开发系
统。
　　1S698处理器芯片开发系统
　　S698处理器芯片开发系统主要为芯片研发工程师提供的芯片开发系统。利用该系统
，用户可以基于S698处理器芯片架构来开发系列化芯片产品。根据用户的需求，欧比特
可提供如下产品：
　　S698处理器芯片VHDL模型；
　　S698处理器芯片仿真综合结果；
　　基于RTEMS操作系统的ORBITA EOS/S698 集成开发环境；
　　S698处理器FPGA设计验证平台。
　　【注：欲订购该芯片开发系统，请联系欧比特公司上海市场部，电话：(021) 6468
1177转8503】
　　2 S698处理器应用开发系统
　　S698处理器应用开发系统主要为应用设计工程师提供的软硬件开发系统。利用该系
统，用户可以轻便地设计各种各样的基于S698处理器的嵌入式应用系统，包括PC/104主
机板、VME主机板、CPCI主机板等。根据用户的需求，欧比特可提供S698处理器芯片（P
BGA封装）、S698处理器DAUGHTER BOARD、S698处理器芯片应用设计案例、S698软件集成
开发环境（基于RTEMS操作系统的ORBITA EOS/S698 IDE）、S698处理器应用设计及仿真
平台（CPCI及VME标准）等产品。
　　【注：欲订购该应用开发系统，请联系欧比特公司上海市场部，电话：(021) 6468
1177转8503】
    基于S698的典型应用设计—— CPCI主机板设计
　　基于S698处理器芯片，利用其完整的软硬件开发系统，用户可以轻便的设计各种各
样的嵌入式应用系统，包括PC/104主机板、VME主机板、CPCI主机板等。
　　S698处理器内部配置了PCI控制器以及PCI仲裁器，其设计规范遵循PCI 21标准。
采用S698处理器，欧比特公司研制了遵循Compact PCI标准的通用CPU主机板（见图3），
可广泛应用于工控、国防以及相关行业的嵌入式应用领域中。其特色为：单S698处理器
，系统时钟可达100MHz；采用通用SODIMM内存条，最大容量为512M byte；板载4M SRAM
、可选2/4/8/16M FLASH模块；支持通用Compact Flash卡、支持通用PCMCIA设备；支持
最多4个PCI主设备；支持实时操作系统（ORBITA EOS/S698）。
    结　　论
　　32位RISC嵌入式处理器，S698处理器，遵循SPARC V8标准，其内部设计采用了硬件
乘法器、除法器以及64位浮点运算器（FPU）等，CPU内部指令实行单指令发射流水线，
具备五级流水作业（分别为取指、译码、执行、存储和回写），采用ASIC正向设计流程
，其产品采用0.25微米CMOS生产工艺。
　　S698处理器采用AMBA总线作为片内系统架构总线，配置了大量的片上外设，包括PC
I总线控制器、存储器总线接口控制器、UART、定时器、中断管理器、I/O、看门狗、配
置寄存器等，大幅度的提高了S698芯片的集成度和功能，实现了灵活的可裁减性和扩展
性，充分体现了芯片平台化设计的思想；为客户定制设计、产品系列化、模块化设计等
提供了极大方便。S698处理器采用先进的时钟配置及管理机制（包括PLL），大幅度降低
了S698芯片的输入时钟频率，解除了对PCB板产品设计时的高频时钟的要求，改善了AMB
A总线的工作时钟（SYSCLK），提高了S698处理器的稳定性和健壮性。S698处理器配置了
调试支持单元（DSU），大大地提高了该处理器的在线调试能力。S698处理器具备强实时
处理能力，完全支持嵌入式实时操作系统，配备完整的芯片开发系统和应用开发系统。
利用以上开发系统所配备的完整的软硬件开发环境，用户可以轻便地进行各种各样的嵌
入式芯片和应用系统的设计。
　　S698处理器是国防工业、高端工业控制、宇航控制器及消费电子等领域的理想选择
。

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１１、对书呆子好一点，因为你未来很可能就为他们中的一个工作。

                                                 ——比尔·盖茨

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