摘  要：介紹InteltTMStrongARM的起源以及SA－1110和SA－1111之間的關系，重點介紹了SA－1110處理器和SA－1111套片的結構、功能和接口特性，給出了這兩種芯片的連接關系示意圖。  
   
　　關鍵詞：StrongARM；ARM核；SA－1111；SA－1110

　　1簡介
   
　　StrongARM是一種性能很高，同時也可滿足常規應用需要的微處理器技術。SA110處理器、SA1100、SA1110 PDA系統芯片和SA1500多媒體處理器芯片均采用了這一技術。其中IntelTMStrongARMSA －1110微處理器是一款集成了32位StrongARMRISC處理器核和系統支持邏輯以及多通信通道、LCD控制器、存儲器、PCMCIA控制器、通用I／O口的高集成度通信控制器。該處理器可在206MHz下運行。SA－1110帶有一個大的指令cache和數據cache，同時帶有內存管理單元（MMU）和讀／寫緩存。它的存儲器總線可以和SDRAM、SMROM和類似SRAM的許多器件相接。其軟件可與ARM＊V4結構處理器家族相兼容，該核派生于IntelTM StrongARMSA－110，但是有以下一些改變：
　　
　　●數據cache的尺寸從16k字節減少到8k字節； 　　
　　●增加了512字節的袖珍數據cache；
　　●具有硬件斷點和讀緩存；
　　●具有中斷向量地址調整能力；
　　●內含增強型內存管理單元（MMU）；
　　●增加了一個過程ID寄存器。
　　
　　SA－1111是SA－1110的套片，用來配合SA－1110使用。在增加功能的同時，使用SA－1111可使所設計的嵌入式系統的外圍器件大大減少，從而降低系統成本。SA－1111提供有一個USB控制器、兩個PS／2口（鼠標和跟蹤板）、一個PCMCIA和CF卡接口、AC－Link／I2 S串行音頻口、兩個脈寬調制（PWM）輸出和一個通用串行口。這些功能模塊可通過一個快速內部同步總線連接到一起，然后通過系統總線接口（SBI）可將內部總線連接到SA－1111的存儲器／系統總線上，在SA－1111和SA－1110之間傳遞所有的控制和數據信息。因此，SA－1111在具有高端計算性能的便攜設備和嵌入式應用場合具有很高的性價比。

　　2 SA－1110的功能特點
   
　　圖1是SA－1110的結構框圖，圖2所示是其引腳功能圖。

　　2．1 SA－1110CPU主要特點
　　
　　SA－1110中的CPU在133 MHz下運行時具有150 MIPS（百萬條指令每秒）的指令運算能力（Dhrystone 2．1），而在206 MHz下運行時可達到235MIPS。另外，該系統還具有如下特點：

　　●帶有存儲器總線接口，可方便地與ROM（SMROM）、Flash、SRAM以及類似于SRAM可變等待時間的I／O、DRAM和SDRAM進行接口，同時支持兩個PCMCIA槽。
　　●具有32個項的MMUs，可映射4k字節、8k字節或1M字節，內含32路32個項的相聯cache，并具有16k字節指令cache和8k字節數據cache，另外，它還具有系統總線接口（SBI），可共享存儲器控制器（SMC）、寄存器存取總線（RAB）和DMA總線。
　　●具有總共8個寫緩存，每個尺寸在1～16字節之間；
　　●具有大小端操作模式；
　　●有4個讀緩存，每個尺寸為1、4或8個字；
  　 ●功耗低，在1．55 V／133 MHz時，其功耗小于240mW；而在1．75 V／206 MHz時，功耗小于400mW；
  　 ●內部帶有鎖相環（PLL），其內部3．6863MHz振蕩器和32．768kHz振蕩器可為系統提供時鐘基準。
　　●具有正常（完全運行）、空閑（下電）和睡眠（下電）三種電源管理模式。
　　●帶有3．3VI／O接口。采用256mBGA封裝。

　　2．2 SA－1110的主要功能
   
　　a．CPU內核
　　
　　SA－1110 CPU使用ARMV4體系結構，并通過使用協處理器15使該體系結構得到增強。系統中的控制寄存器可通過對協處理器15的讀寫來對MMU、cache和讀寫緩存控制寄存器進行存取操作。
   
　　SA－1110 MMU具有32個項的轉換旁路緩存器（TLB）用于指令和數據流，每項均可映射存儲器中的段、大頁和小頁。同時，SA－1110還擁有16k字節指令 cache和8k字節數據cache。為了避免由于主數據cache大量讀寫而導致的周期性數據傳輸，芯片還提供了一個袖珍cache。數據和指令 cache以32字節為一塊進行操作，并采用循環方式進行刷新存儲。袖珍cache是一個具有16個入口和2路相互關聯的cache，可執行小近使用（LRU）算法以刷新存儲。另外，SA－1110還提供有兩個讀／寫緩存。其中讀緩存要求在軟件的控制下進行嚴格的數據預取，以避免在對外部存儲器進行讀寫時發生指令流堵塞。寫緩存有8個入口，每個入口的尺寸為1～16個字節。讀緩存有4個入口，每個入口尺寸為1、4或8個字。
   
　　b．系統控制功能
　　
　　SA－1110內含定時器、電源管理、中斷控制、復位控制以及用于產生時鐘的片上振蕩器和鎖相環。它帶有26路通用I／O，可由CPU直接進行讀寫或通過編程產生中斷。在32．768kHz的晶振下，實時時鐘具有每月5秒的誤差精度。32位OS定時器使用3．686MHz振蕩器，可用于4個32位的定時匹配寄存器，其中一個被專門用于看門狗定時中斷，其它三個用于內部定時器或者由用戶定義。 　　中斷控制器可以調度所有的中斷源，它有中斷請求（IRQ）和快速中斷請求（FIQ）兩種中斷類型。其中IRQ是一個低級中斷，可以被 FIQ中斷。對于ARM體系結構，FIQ是獨特的，可以對被用戶所定義的特定中斷源進行快速服務。對于正在服務的中斷有兩類信息，類用于通知用戶或操作系統SA－1110上哪個模塊滿足中斷條件，第二類則用于提供該模塊內部引起該中斷的具體事件。

　　復位控制器用于管理SA－1110內部各種復位源，提供調用軟件復位功能。無論是硬復位、軟復位、看門狗定時器滿或是睡眠模式復位，復位控制器只跟蹤一次復位的原因。

　　SA－1110還提供28根通用I／O引腳，這些引腳可通過編程將其設置在上升沿、下降沿或是上面兩種情況下產生中斷。同時用戶也可以選擇使用GPIO引腳的一部分來完成串行通道或LCD控制器等其它功能。

　    c．存儲器和PCMCIA控制模塊

　　存儲器和PCMCIA控制模塊（MPCM）支持4個快頁模式（FPM）段、EDO段和SDRAM段，也支持6個靜態內存段，所有6個靜態段均可使用 ROM或Flash存儲器。同時低3個靜態段支持SRAM，高3個靜態段支持可變等待時間的I／O設備。另外，低4個靜態段還支持32位數據總線的 SMROM。

　     d．外圍控制模塊

　　SA－1110擁有6個通道的DMA控制器，并在串行通信中支持高速數據傳輸。由于LCD控制器擁有自己獨立的DMA通道，因此，這六個DMA通道可用于其它外圍I／O功能。通常情況下，DMA控制器可專門用于串行通道和外部存儲器（DRAM、SRAM、Flash或ROM）之間的數據傳輸。LCD控制器支持TFT和STN屏，并在一個1024×1024的顯示屏上支持256種顏色和16級灰度，該控制器采用專用的抖動算法控制顯示的亮度。對于彩色顯示，在一幀中，抖動算法可從4096種顏色中控制選擇256種顏色來顯示。LCD控制器可將幀緩存作為地址值進行訪問。通過12位寬的調色板RAM可將該地址值作為256入口的索引值被解碼。

　　SA－1110上的串口0執行通用串行總線（USB）從協議，并支持3個端點（半雙工、12 Mbps方式）。串口1為通用異步收發口（UART），速率為230kbps。串口2支持紅外數據（IrDA），速率為115 kbps或4Mbps。其中低速IrDA執行HP－SIR＊標準，高速Ir－DA執行4 PPM標準。串口3是一個工作在56．24 bps到230kbps的UART?？梢杂肎PIO引腳來定義調制解調器的控制信號，這些引腳一般不預先定義。串口4是一個多媒體通信口或同步串行口（MCP／SSP）。這些串口一般用來與特定的數／模I／O設備相接，其中包括多媒體數字信號編解碼器、鍵盤、觸摸板、音頻設備等等。另外SA－1110還可以通過專門的2個與SSP相連的GPIO引腳為用戶提供MCP和SSP。 

　　該MCP可以和Phillips UCB1200直接相接，芯片提供有音頻和電信編解碼器、觸摸板接口和10個通用I／O引腳。SA－1110擁有兩組發送和接收FIFO，可用于電信和音頻數據。它還提供了兩個21位數據寄存器，一個用于發送，另一個用于接收。而SSP邏輯接口支持National MicroWire＊協議、Texas Instru－ments＊同步串行協議和Motorola SPI＊協議的一部分。所有這些協議都適用于鍵盤驅動、串行E－PROMs、ADC／DAC和類似于錄音／播放等特殊目的的設備。

　　3 IntelTMStrongARMSA－1111的功能

　　3．1 SA－1111的主要特點
　　SA－1111的功能框圖如圖3所示。其主要特點如下：

　　●內含PLL時鐘發生器； 
　　●具有三種工作模式；
　　●系統總線接口可共享存儲器控制器（SMC）、寄存器存取總線（RAB）和DMA總線；
    　●帶有PCMCIA和CF接口；
　　●USB主控制器兼容USB－Rev 1．1，并支持1．5 Mbits／s和12 Mbits／s兩種工作速率；
    　●具有兩個PS／2口和SSP＊串行數據口；
    　●帶有兩個PWM輸出；
    　●支持音頻AC－Link／I2 S串行口；
　　●帶有與AC－Link 1．03標準兼容的AC＇97多媒體信號編解碼器和I2S格式多媒體信號編解碼器；
　    ●采用256 mBGA封裝。 

　　3．2 SA－1111的主要功能

　　USB主控制器兼容于Open HCI、Windows95＊USBD和USB－Rev1．1，同時支持低速（1．5 Mbits／s）和高速USB（12 Mbits／s）設備。USB主控制器采用DMA方式，可用來控制USB外圍設備和系統緩存之間的數據傳輸。

　　兩個PS／2口可用于鍵盤、鼠標、跟蹤板或其它與PS／2兼容的設備。在PS／2模式下，PS／2引腳特性類似于開漏極I／O。而在非PS／2模式下，這些引腳可作為GPIO。

　　PCMCIA和CF接口可驅動所有兩個插座（各用于PCMCIA和CF）的信號，它不需要外部緩存。通過I／O緩存可以驅動3．3V和5V信號。而控制邏輯和內置緩存則省去了外部邏輯和緩存／收發元件，從而提供了一個高集成度和低功耗的解決方案。

　　兩個PWM輸出可用于為LCD顯示提供亮度和對比度控制。作為8位的數／模轉換器，再加上一些外部過濾元件即可完成該功能。當不使用該功能時，此二引腳可作為GPIO。

　　利用全雙工串行口可通過AC－Link、I2 S或＂MSB－Justified＂格式發送和傳送連續的音頻數據。
   
　　AC－Link完全支持AC＇97編解碼器，該解碼器完全兼容于AC－Link 1．03標準。而對于AC＇97編解碼器，數字化的音頻用16位采樣值，可以同時向兩個方向傳遞，重放和音頻輸出（SA－1111到編解碼器）固定在 48kHz。而對于輸入音頻（編解碼器到SA－1111），由于串行音頻口支持可變采樣率，因此，利用兼容于AC－Link 1．03標準的編解碼器可通過軟件來控制選擇輸入音頻的采樣率，同時音頻串行口也支持I2S或＂MSB－Justified＂模式。I2S的取樣率可以是8、11．025、16、22．05、32或44．1kHz。

　　SSP＊串行數據口是全雙工的，通過所需的串行數據通信協議可以和調制解調器、電信設備或其它設備進行連接。它支持NationalMicrowire＊，TI同步串行協議
（SSP）＊和Motorola串行外圍設備接口（SPI）＊串行協議。SSP串行數據口的數據FIFO可以被用戶存取。

　　系統總線接口SBI是SA－1111和SA－1110處理器之間的主要接口?？蛇B接到SA－1110系統存儲器總線上用于在主處理器和SA－1111 內部功能模塊之間傳遞數據。SBI有三種傳輸方式：寄存器讀（READ）和寫（WRITE）、塊數據讀和寫、DMA到系統存儲器的數據傳輸。

　　共享存儲器控制器SMC是SBI的子單元，它響應USB主控制器和AC－Link／I2 S串行音頻口的數據傳送請求。SMC可根據DRAM周期來轉換這些數據的讀寫周期。支持128 M字節的EDODRAM或SDRAM，其峰值帶寬為192 M字節／秒。

　　4 SA－1110和SA－1111的連結

    　本文介紹了SA－1110和SA－1111的功能、結構和特點，具體使用和詳細技術指標可查閱Intel公司關于該芯片的技術手冊，圖4是SA－1110和SA－1111的連接關系圖。  

　　參考文獻

　　1．IntelTM StrongARM SA－1110 MicroprocessorDeveloper＇s Manual，Oct，2001
　　2．IntelTM StrongARM SA－1111 MicroprocessorCompanion Chip Developer＇s Manual，July，2000
　　3．Jaggar Dave．ARMArchitecture Reference Manual．Prentice Hall，1996