浅谈ADI Blackfin 处理器架构

　　Blackfin处理器是一类专为满足当今嵌入式音频、视频和通信应用的计算要求和功耗约束条件而设计的新型嵌入式处理器。它包含了一种新的16/32 bit，它非常适合会聚能力起关键作用的应用——多格式音频、视频、语言和图像处理；多模式基带和分组处理；控制处理和实时安全性。

　　目前，Blackfin 处理器在单内核产品中可提供高达 756MHz 的性能。Blackfin 处理器系列中的新型对称多处理器成员在相同的频率条件下实现了性能的翻番。对于满足当今及未来的信号处理应用（包括宽带无线、具有音频/视频功能的因特网工具和移动通信）而言，这种高性能与低功耗的组合是必不可少的。

　　所有的 Blackfin 处理器都为系统设计师提供了十分重要的好处，包括：

　　◆ 实现各种新型市场和应用的高性能信号处理和高效控制处理能力

　　◆ 令系统设计师使器件功耗模式与终端系统要求相适应的动态电源管理（DPM）能力，以及

　　◆ 确保产品开发时间化的易用型混合 16/32 位指令集架构和开发工具套件。

　　高性能处理器内核

　　Blackfin 处理器架构基于一个 10 级 RISC MCU/DSP 流水线和一个专为实现代码密度而设计的混合 16/32 位指令集架构。该架构很适合于全信号处理/分析能力，同时还可在单内核 器件或双内核器件上提供高效 RISC MCU 控制任务执行能力。 由于具有代码密度且只需进行极少代码优化处理，因此可缩短产品的面市时间，而不会遇到其他传统处理器所常见的性能空间障碍。

　　高带宽 DMA 能力

　　所有的 Blackfin 处理器均具有多个独立的 DMA 控制器，这些控制器支持自动数据传输，而所需的处理器内核开销极少。 DMA 传输可出现于内部存储器和诸多具有 DMA 功能的外设之间。传输也有可能出现于外设和与外部存储器接口相连的外部器件之间。

　　视频指令

　　除了具有对 8 位数据以及许多像素处理算法所常用的字长的固有支持之外，Blackfin 处理器架构还包括专为增强视频处理应用中的性能而定义的指令。例如，离散余弦变换通过一个 IEEE1180 舍入操作得到支持，“SUM ABSOLUTE DIFFERENCE”指令则支持在诸如 MPEG2、MPEG4 以及 JPEG 等视频压缩算法中所使用的运动估计算法。

　　利用软件来实现视频压缩算法使得 OEM 制造商能够在不变更硬件的情况下适应不断发展的标准和新型功能要求。Blackfin 处理器将在帮助降低总系统成本的同时使终端应用的产品上市时 间得以缩短。

　　高效控制处理

　　Blackfin 处理器架构还提供了各种在 RISC 控制处理器中为常见的好处。包括：一个功能强大且灵活的分层存储器架构、出众的代码密度以及各种各样的微控制器型外设。所有这些特点为设计师提供了巨大的设计灵活性，并限度地降低了终端系统成本。

　　分层存储器

　　Blackfin 处理器存储器架构在器件实现中提供了 Level 1（L1）和 Level 2（L2）存储模块。L1 存储器直接与处理器内 核相连、以全系统时钟频率运行并为实时算法程序段提供了的系统性能。L2 存储器是一种较大的大容量存储模块，其性能虽略有下降，但运行速度仍然高于片外存储器。

　　L1存储器架构的实现旨在提供信号处理所需的性能以及通用型微控制器所拥有的编程简易性。这是通过允许将 L1 存储器配置为 SRAM、高速缓冲存储器或两者组合来实现的。通过支持 SRAM 和高速缓冲存储器编程模型，系统设计师便能够把要求高带宽和低延迟的关键实时信号处理数据组分配至 SRAM 中，而将更多的“软” 实时控制/OS 任务存储于高速缓冲存储器。

　　Blackfin 处理器内核包括一个用于通用运算单元的 8 路×32 位数据寄存器文件。支持的数据类型包括8 位、16 位或 32 位带符号或无符号整数以及 16 位或 32 位带符号分数。在每个时钟周期中，这种多端口寄存器文件均支持两个 32 位读出和两个 32 位写入操作。还可以将其作为一个 16 路×16 位数据寄存器文件来进行存取。

　　出众的代码密度

　　Blackfin 处理器架构支持多长度指令编码。使用频率非常高的控制型指令被编码为紧致 16 位字，而更多的算术密集型信号处理指令则被编码为 32 位值。该处理器将把 16 位控制指令与 32 位信号处理指令加以混合和链接，以形成 64 位组，实现了存储器存储密度的化。组合起来使用时，这两种功能将使 Blackfin 处理器提供出堪与业界的 RISC 处理器相媲美的。

　　动态电源管理

　　所有的 Blackfin 处理器均采用了多种节能技术。Blackfin 处理器基于一种选通时钟内核设计，可按照逐条指令来选择性地切断功能单元的电源。Blackfin 处理器还支持多种针对所需 CPU 动作极少期间的断电模式。（或许是重要的）一点是， Blackfin 处理器支持一种自含动态电源管理电路，借助该电路即可对工作频率和电压进行独立控制，以满足正在执行的算法的性能要求。大多数 Blackfin 处理器都提供了片上内核稳压电路，并可在低至 0.8V 的电压条件下工作，因而特别适合于需要延长电池使用寿命 的便携式应用。

　　易用性

　　在许多过去需要同时采用一个高性能信号处理器和一个单独的高效控制处理器的应用中，只需采用一个 Blackfin 处理器便足够了。这种好处极大地缩减了开发时间和成本，并终加快了终端产品的面市进程。另外，由于只需采用一组开发工具，因而减少了系统设计师的初期费用和学习时间。