Процессоры для карманных компьютеров

Микропроцессор Intel XScale (Strong ARM)

Одной из быстро развивающихся областей применения компьютеров стали сверхмобильные компьютеры или наладонные компьютеры. Имея массу до 300 г, несколько кнопок и ЖК-экран с чувствительной к нажатию поверхностью, адаптеры нескольких интерфейсов, микро-компьютеры управляются полноценной ОС, которая обеспечивает многозадачность и обслуживает устройства ввода-вывода. Наладонники отличаются также небольшим объёмом ОЗУ, применением флеш-памяти вместо винчестерского диска, и небольшим размером программ.

Соответственные требования выдвигаются и к центральному процессору, который на небольшой частоте должен обладать приличной вычислительной мощностью при операций с мультимедиа и очень малым энергопотреблением (работа в основном идёт от батареек).

Рассмотрим одну из архитектур - Intel XScale, широко применяющуюся в наладонниках.

Истоки XScale.

В начале 90-х годов некоторую популярность имели процессоры с RISC-архитектурой фирмы ARM - Advanced RISC MAchines. При достаточно простой архитектуре и низком тепловыделении, процессоры ARM1-3 обеспечивали неплохую производительность, из достаточно широко использовались в различных компьютерах до полного наступления эры РС.

В середине 90-х годов архитектура была улучшена до ARM6, и эти процессоры по своим параметрам были перевосходны для встраиваемых приложений благодаря отличному соотношению функциональность+быстродействие/цена+энергопотребление.

К сожалению, фирма-производитель плохо вела дела, лицензии на чипы 2 раза переходили из рук в руки, наконец новая реинкарнация наступила в виде архитектуры StrongARM, когда была значительно повышена тактовая частота и быстродействие. После покупки фирмы DEC архитектура получила ещё одно название - XScale и основной сферой её применения стали встраиваемые прменения, в том числе и наладонные компьютеры.

Архитектура XScale. PXA 260.

Основные характеристики архитектуры:

• RISC-система команд;
• 16 32-х разрядных регистров общего назначения;
• расширение набора инструкций для поддержки плавающей запятой;
• 32-разрядные RISC-команды ARM и 16-разрядные Thumb;
• большое количество способов адресации;
• трёхместные команды ARM и двухместные Thumb;
• признаки контроллера;

МП Intel XScale PXA250 имеет такие характеристики:

• поддержка команд архитектуры 5, поддержка инструкций Thumb, поддержка расширений цифровой обработки сигналов;
• порты синхронных потоков звука и сетевой;
• ультранизкое энергопотребление;
• Технология Media Processing от Intel: улучшенное 16-битное умножение и 40-битовый аккумулятор;
• 32 Кбайт кеш инструкций;
• 32 Кбайт кеш данных;
• 2 Кбайт мини-кеш инструкций;
• 2 Кбайт мини-кеш данных;
• предсказатель переходов;
• отладка ядра через JTAG порт.

Интегрированные периферийные устройства:

• контроллер памяти;
• контроллер энергопотребления, часы реального времени;
• USB-клиент, версия 1.1;
• контроллер ПДП, 2 канала, передача по 1, 2, 4 байта;
• контроллер ЖК-дисплея с поддержкой разрешения до 800*600;
• контроллер АС-97 версии 2.0 (5 источников, 48 кГц, 16-бит стерео;
• контроллера I2C, I2S (интерфейс цифрового звука);
• интерфейс MultiMediaCard, скорость доступа до 20 Мбит/сек;
• интерфейс FastInfraRed 4 Мбит/сек, синхронный последовательный порт полудуплекс 7.2 КГц - 1.84 МГц, асинхронный последовательный порт до 230 кБит/с (до 921 кБит/с в режиме BlueTooth), модулятор скважности импульсов;
• цифровой ввод/вывод;

Структурная схема МП показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема МП Intel XScale.

Структурная схема ядра МП показана на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема ядра МП Intel XScale.