PRU 开发详解唐超伦 DSP 技术支持工程师摘要 TI OMAPL13x, C674x, AM180x,OMAP-L137,C6747,AM170x 等芯片上 ( 本文统一以 OMAP-L138 代称 ) 有一个 PRUSS(Programmable Real time Unit Subsyst

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暑始左
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1 PRU 开发详解唐超伦 DSP 技术支持工程师摘要 TI OMAPL13x, C674x, AM180x,OMAP-L137,C6747,AM170x 等芯片上 ( 本文统一以 OMAP-L138 代称 ) 有一个 PRUSS(Programmable Real time Unit Subsystem), 可独立编程实现一些实时性要求高的个性化需求, 实现产品的差异化本文介绍 PRU 处理器架构, 开发, 调试方法 PRUSS 简介在系统架构上,PRUSS 是连接在 OMAPL138 内部总线 SCR 上的一个模块, 与系统中其它主模块如 ARM,DSP 一样, 可以访问芯片上的其它外设, 工作在 PLL0_SYSCLK2 时钟域, 即 ARM/DSP 频率的一半图 1 PRUSS 框图 PRUSS 包括两个 PRU, 通过自己的 SCR 与子系统的中断控制器指令内存数据内存以及系统 SCR 相连 PRU 不是一个加速器, 它是 32-bit Load/Store RISC 架构小端处理器, 每个 PRU 有 32 个通用寄存器 R0~R31,4K byte 指令 RAM,512 byte 数据 RAM, 指令 RAM 是独立的, 互相之间不能访问, 但数据 RAM 可以通过映射地址互相访问 ; 专用的 30 个输入引脚和 32 个输出引脚 ( 注 :OMAPL137 系列没有 PRU 外部引脚 ) PRU 没有 Cache 指令流水线及乘法指令

1 PRU 内存映射 1.1 指令空间每个 PRU 独立的指令空间为 0x00000000~0x00000FFF 指令空间由外部主处理 ARM/DSP 初始化, 程序指针 PC 是 32bit 字地址, 不是字节地址, 如 PC=2, 代表指令地址 0x08 表 1 PRU 指令空间映射表 1.

2 1 PRU 内存映射 1.1 指令空间每个 PRU 独立的指令空间为 0x ~0x00000FFF 指令空间由外部主处理 ARM/DSP 初始化, 程序指针 PC 是 32bit 字地址, 不是字节地址, 如 PC=2, 代表指令地址 0x08 表 1 PRU 指令空间映射表 1.2 数据空间每个 PRU 独立的 512byte 数据 RAM 空间为 0x0000~0x01FF, 因为数据 RAM 连接在 PRU 子系统的 SCR 上, 所以子系统中的其它主模块也可以访问到这块空间, 这段内存空间在另一个 PRU 上的映射地址为 0x2000~0x21FF 位于数据空间的还有共用的中断控制器寄存器 ;PRU 控制 / 状态寄存器, 有各自的地址空间表 2 PRUSS 本地数据空间内存映射表 1.3 全局地址空间映射

等可通过全局地址空间访问 PRU 资源表 3 PRUSS 全局空间内存映射表 2 控制 / 状态寄存器 PRU0 的控制 / 状态寄存器地址位于

3 PRU 局部地址空间在系统全局地址空间映射端口为 0x01C30000, 如表 3 所示,PRU 可以通过表 2 的局部地址, 也可以通过表 3 的全局地址访问 PRUSS 的数据空间, 通过全局地址空间访问要经过系统 SCR2, 比通过局部地址空间访问要慢 PRUSS 外部主模块如 ARM,DSP 等可通过全局地址空间访问 PRU 资源表 3 PRUSS 全局空间内存映射表 2 控制 / 状态寄存器 PRU0 的控制 / 状态寄存器地址位于 0x ~0x000077FF,PRU1 的控制 / 状态寄存器地址位于 0x ~0x00007FFF, 寄存器列表如表 4 所示, 各寄存器的详细说明请参阅 [1]

4 表 4 PRU 控制 / 状态寄存器表 2.1 CONTROL 控制寄存器外部主模块 ARM/DSP 通过控制寄存器可以控制 PRU 的运行状态

5 表 5 PRU 控制寄存器说明表 2.2 STATUS 状态寄存器状态寄存即 PRU 的程序指针寄存器, 与程序的真正运行状态有一个周期的延时 2.3 WAKEUP 唤醒使能寄存器在程序执行 SLP 指令进入睡眠状态之前, 使能 WAKEUP 寄存器相应的位, 当输入状态寄存器 R31 相应的位置 1 时, 即 WAKEUP&R31!= 0 时, 唤醒 PRU 2.4 CYCLECNT 周期计数器

6 当 CONTROL[ENABLE]=1 和 CONTROL[COUNTENABLE]=1 时,CYCLECNT 以 PRU 时钟周期计数当 CONTROL[ENABLE]=0 或 CONTROL[COUNTENABLE]=0 时, 计数停止当重新使能时, 恢复继续计数 2.5 STALLCNT 取指停止计数器当 CONTROL[ENABLE]=1 和 CONTROL[COUNTENABLE]=1, 且由于某种原因 PRU 不能取指令时,STALLCNT 开始以 PRU 时钟周期计数其值总是小于, 或等于 CYCLECNT 的值 2.6 常量表 PRU 提供 32 个常量地址表 C0~C31, INTCTER0-INTCTER31 是常量表的调试接口, 当 PRU 停止时, 外部主模块读取 INTCTERn 即得到常量表 Cn 的值通过指令 LBCO 或 SBCO 从常量表指向的地址与寄存器之间以簇发方式传递数据指令格式举例如下 : LBCO R2, C2, 5, 8 // 从 C2+5 的地址读取 8 字节到 R2, R3 SBCO R2, C2, 5, 8 // 将 R2, R3 的数据写到 C2+5 开始的地址表 6 PRU 常量表在性能上与指令 LBBO 和 SBBO 没有区别, 利用常量表可以节省通用寄存器的使用 0~23 号常量表提供的入口地址是固定的,24~31 号常量表的域可通过寄存器编程设置 : C24[11:8] 通过 CONTABBLKIDX0[3:0] 设置 ; C25[11:8] 通过 CONTABBLKIDX0[19:16] 设置 ; C28[23:8] 通过 CONTABPROPTR0[15:0] 设置 ; C29[23:8] 通过 CONTABPROPTR0[31:16] 设置 ; C30[23:8] 通过 CONTABPROPTR1[15:0] 设置 ; C31 [23:8] 通过 CONTABPROPTR1 [31:16] 设置 2.7 INTGPR0~31 调试通用寄存器

7 INTGPR0~31 与通用寄存器 R0~R31 对应, 为外部主模块提供一个调试窗口当 PRU 停止时,ARM/DSP 读 / 写 INTGPR0~31 直接读 / 写寄存器 R0~R31 3 PRU 模块接口 3.1 PRU 事件 / 状态寄存器 R31 R31 是一个特殊的寄存器, 读与写操作时的功能是不一样的写 R31 寄存器时, 写事件号 0~31 到 R31_PRU_VEC[4:0], 同时设置 R31_PRU_VEC_VALID, 将产生中断输出事件到中断控制器的 32~63 号系统事件两个 PRU 输出的中断事件相或输出到同一个中断号表 7 写 R31 寄存器读 R31 寄存器时,R31[29:0] 反映 PRU 的输入管脚 PRU_R30[29:0] 的状态 R31[31:30] 是映射到中断控制器的 INTR_IN[0] 和 INTR_IN[1] 的状态表 8 读 R31 寄存器 3.2 通用输出寄存器 R30 每个 PRU 有 32 个独立的输出管脚 PRU0_R31[31:0] 和 PRU1_R31[31:0], 写到寄存器 R30[31:0] 的值直接输出到 PRUn_R31[31:0] 管脚 4 PRU 中断控制器 PRU 中断控制器支持 64 个系统事件,10 个中断通道,10 个主机中断

8 图 2 PRU 中断控制器框图系统事件 0~31 为 32 个外部事件如表 9 所示, 可以通过系统配置寄存器 CFGCHIP3 的第 3 位 PRUEVTSEL 在两组事件中进行选择,PRUSSEVTSEL=0 时选择第一列的 32 个外部系统事件,PRUSSEVTSEL=1 时选择第二列的 32 个外部系统事件 ; 系统事件 32~ 63 由写 R31 产生

10 表 9 PRUSS 系统中断事件 10 个通道可以由任意 64 个系统事件映射, 可以多个系统事件映射到一个通道, 但不要将一个系统事件映射到多个通道 10 个主机中断与 10 个通道之间可以任意映射, 可以多个通道映射到一个主机中断, 但不要将一个通道映射到多个主机中断, 推荐按 x 号通道映射到 x 号主机中断方式映射主机中断 0 输出到 R31.b30, 主机中断 1 输出到 R31.b31 主机中断 2~9 接输出 PRUSS 到 ARM 和 DSP 的中断控制器的系统事件 PRUSS_EVTOUT0~7 PRU 不支持中断向量表, 产生的 0,1 主机中断可用来唤醒 PRU, 或为 PRU 软件提供状态查询 PRU 中断控制器寄存器说明请参考文献 [2] 5 PRU 编程 5.1 汇编工具 PASM PRU 只支持汇编编程, 可用任意的文本编辑器编写源代码 PASM 是 PRU 的命令行汇编器, 其语法为 : pasm [-bcmldz] [-Dname=value] [-Cname] InFile [OutFileBaseName] 参数含义如表 10 所示 :

11 表 10 PASM 命令表 PASM 将汇编代码转换成一整块可执行的二进制数据用于加载, 代码从指令内存的首地址开始排放, 编译时没有链接过程, 没有内存映射, 所以没有段, 从而也没有段指示符输出格式可以为纯二进制文件,C 语言形式的数组,Hex 格式文件 5.2 PRU 指令集指令按功能分为四类 : 数据搬移指令, 算术运算指令, 逻辑操作指令, 程序流控指令指令的语法规则参考 [3]

12 表 11 PRU 指令集除了访问外部内存的指令, 其它所有 PRU 指令都是单周期指令指令中寄存器名加上后缀表示寄存器中的位字节半字, 这种灵活的寄存器访问方式可以将数据包, 结构体分解成小的数据单位处理表 12 寄存器位域表示方式举例说明这种寄存器访问方式 : R0.w2.b1=r0.b3 r0.w1.b1.t3 = r0.b2.t3 = r0.t19

r0.w2.t12 = r0.t28 5.3 汇编操作符 PASM 支持 4 类汇编操作符 :Hash 命令, 指示语句, 标签, 注释 5.3.1 Hash 命令控制汇编器的预处理, 包括 #include,#define,#undef,#ifdef,#ifndef,#else, #endif, #error, 与 C 语言的预处理命令用法类似 5.

13 r0.w2.t12 = r0.t 汇编操作符 PASM 支持 4 类汇编操作符 :Hash 命令, 指示语句, 标签, 注释 Hash 命令控制汇编器的预处理, 包括 #include,#define,#undef,#ifdef,#ifndef,#else, #endif, #error, 与 C 语言的预处理命令用法类似指示符指示符以. 开头, 单独占一行, 不一定要放在一行的开头, 后面可以跟注释语句表 13 PASM 汇编指示符标签在源代码中加入标签名 + :, 用来标示源代码的地址, 当被指令引用时, 直接替换成标签所在的源代码地址标签命名不能以数字开头, 可以单独为一行, 也可以与指令, 注释在同一行

5.3.4 注释以 // 开始, 以行结束符结束, 可以出现在代码的任何位置 6 PRU 开发包 TI 提供的 PRU 开发包里 [4], 提供了大量的实例源码, 目录结构如图 3 所示图 3 PRU 开发包目录结构 bin 目录下是 Linux 与 Window 版本的 PASM 工具 ;docs 目录下的 readme 文件列出了 TI wiki 上的 PRU 帮助说明链接

14 5.3.4 注释以 // 开始, 以行结束符结束, 可以出现在代码的任何位置 6 PRU 开发包 TI 提供的 PRU 开发包里 [4], 提供了大量的实例源码, 目录结构如图 3 所示图 3 PRU 开发包目录结构 bin 目录下是 Linux 与 Window 版本的 PASM 工具 ;docs 目录下的 readme 文件列出了 TI wiki 上的 PRU 帮助说明链接 ;example 目录下为各种例程源码, 每个例程包括 CCSV3.3 的 DSP 工程, 和以.p 和.hp 结尾的 PRU 代码 ;host 目录下是两个单独的 PRU 代码下载例程, 以文件形式的和以数组形式的 7 PRU 代码下载与运行先通过 PSC 使能 PRU 模块时钟,PRU 空间才可以被访问 PASM 编译后 PRU 代码通过 ARM/DSP 从全局地址空间加载到 PRU 的指令空间后, ARM/DSP 通过全局空间地址将 PRUCONTROL 寄存器的 CONTERENABLE 和 ENABLE 置 1,PRU 即开始从 0 地址开始运行在运行过程中 ARM/DSP 可以通过 CONTROL 控制 PRU 的暂停, 运行, 复位, 及复位后的运行地址等 ; 暂停时可以通过 PRU 的调试寄存器观察 PRU 的寄存器状态, 也可以通过调试寄存器修改 PRU 寄存器的值

15 8 PRU 调试目前在 CCSV5 里可以用仿真器连接 PRU 查看寄存器, 内存但是没有图形界面的 PRU 调试工具, 不能在代码中加入断点这样的方式调试可以通过以下几种方法进行间接调试 8.1 加入打印信息在 PRU 代码中增加调试代码, 根据程序运行状态在内存里写入相应的值, 暂停 PRU 后, 通过查看内存值来获取程序的运行状态, 也可以在 DSP/ARM 的代码里加入调试代码检测内存值的变化 8.2 触发中断在 PRU 代码中通过写 R31 寄存器给 DSP/ARM 发送中断, 这种方法减轻 DSP/ARM 的负荷, 尤其在 DSP/ARM 软件与 PRU 软件一起调试时更为有效 8.3 通过输出寄存器 R30 输出状态在代码中写 R30 设置相应 PRU 输出管脚的状态, 用示波器或万用表观察管脚状态以获知程序运行状态 8.4 加入空循环反复调试在代码中加入 while(1), 通过查看 PRU 的程序指针是否停在空循环处, 可以知道程序运行流程是否正确, 查看 PRU 的寄存器和内存判断运行结果是否正确在 PASM 编译产生的列表文件里有代码的对应的程序指针值参考文献 : 1. ontrol_register_.280x

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<4D F736F F D20B5DAC8FDCBC4D5C2D7F7D2B5B4F0B0B82E646F63> 第三章 Q3 1 1. 省略了 I/O 操作的复杂逻辑, 易实现, 耗费低 ; 2. 可以利用丰富的内存寻址模式实现灵活的 I/O 操作 Q3 2 假设存储单元 ds1 处寄存器地址为 0x2000, 代码如下 #define ds1 0x2000 while ( *ds1 == 0 ) ; Q3 3 假设设备 (dev1) 中有两个寄存器 ds1 和 dd1,dev1 的地址为 0x1000,ds1

PRU 开发详解 唐超伦 DSP 技术支持工程师摘要 TI OMAPL13x, C674x, AM180x,OMAP-L137,C6747,AM170x 等芯片上 ( 本文统一以 OMAP-L138 代称 ) 有一个 PRUSS(Programmable Real time Unit Subsyst

PRU 开发详解唐超伦 DSP 技术支持工程师摘要 TI OMAPL13x, C674x, AM180x,OMAP-L137,C6747,AM170x 等芯片上 ( 本文统一以 OMAP-L138 代称 ) 有一个 PRUSS(Programmable Real time Unit Subsyst