探索Digi NS9750B-0：高性能網(wǎng)絡(luò)處理器的技術(shù)剖析

在當(dāng)今數(shù)字化的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)于性能和集成度的要求越來(lái)越高。Digi NS9750B - 0作為一款高性能的網(wǎng)絡(luò)處理器，為眾多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。今天，我們就來(lái)深入剖析這款處理器的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用。

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一、NS9750B - 0概述

Digi NS9750是一款采用0.13μm CMOS工藝的單芯片網(wǎng)絡(luò)處理器。其CPU采用ARM926EJ - S核心，具備MMU、DSP擴(kuò)展、Jazelle Java加速器等功能，擁有8 kB的指令緩存和4 kB的數(shù)據(jù)緩存，采用哈佛架構(gòu)。它的運(yùn)行頻率最高可達(dá)200 MHz，系統(tǒng)和內(nèi)存總線為100 MHz，外設(shè)總線為50 MHz，核心電壓為1.5V，I/O環(huán)電壓為3.3V。

NS9750憑借其豐富的I/O接口、以太網(wǎng)高速性能和強(qiáng)大的處理能力，成為高度集成的32位網(wǎng)絡(luò)處理器中的佼佼者。它專為高性能智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，如高性能/低延遲遠(yuǎn)程I/O、智能網(wǎng)絡(luò)信息顯示器、流媒體和監(jiān)控?cái)z像頭等。同時(shí)，它還是屢獲殊榮的NET + ARM系列片上系統(tǒng)（SOC）解決方案的一員。

二、核心特性分析

（一）處理器性能

NS9750采用32位ARM926EJ - S RISC處理器，運(yùn)行頻率在125 - 200 MHz之間，具備5級(jí)流水線和互鎖功能，采用哈佛架構(gòu)。它支持32位ARM和16位Thumb指令集，可根據(jù)性能和代碼密度進(jìn)行權(quán)衡混合使用。MMU的存在支持基于虛擬內(nèi)存的操作系統(tǒng)，如Linux、WinCE/Pocket PC、VxWorks等。此外，它還具備DSP指令擴(kuò)展、改進(jìn)的除法運(yùn)算、單周期MAC以及ARM Jazelle Java加速器等功能，嵌入式ICE - RT調(diào)試單元和JTAG邊界掃描功能也為開(kāi)發(fā)和調(diào)試提供了便利。

（二）內(nèi)存接口

NS9750提供了與外部總線擴(kuò)展模塊的連接，以及與SDRAM、PC100 DIMM、Flash、EEPROM和SRAM內(nèi)存的無(wú)縫連接。它具有4個(gè)靜態(tài)和4個(gè)動(dòng)態(tài)內(nèi)存芯片選擇，每個(gè)芯片選擇可設(shè)置0 - 63個(gè)等待狀態(tài)。在系統(tǒng)睡眠模式下支持自刷新，能自動(dòng)調(diào)整動(dòng)態(tài)總線大小為8位、16位或32位，并支持突發(fā)模式和自動(dòng)數(shù)據(jù)寬度調(diào)整。此外，還有兩個(gè)外部DMA通道用于支持外部外設(shè)。

（三）網(wǎng)絡(luò)接口

1. 以太網(wǎng)接口：具備高性能10/100以太網(wǎng)MAC，支持10/100 Mbps MII/RMII PHY接口，可工作在全雙工或半雙工模式，支持站點(diǎn)、廣播或多播地址過(guò)濾。擁有2 kB RX FIFO和256字節(jié)TX FIFO，配備片上緩沖區(qū)描述符環(huán)，可消除下溢并減少總線流量。獨(dú)立的TX和RX DMA通道以及智能接收端緩沖區(qū)大小選擇功能，還支持全面的統(tǒng)計(jì)信息收集和外部CAM過(guò)濾。
2. PCI/CardBus接口：PCI接口符合PCI v2.2標(biāo)準(zhǔn)，32位總線，最高總線速度可達(dá)33 MHz，可編程為PCI設(shè)備模式、PCI主機(jī)模式（支持最多3個(gè)外部PCI設(shè)備）和CardBus主機(jī)模式。

（四）顯示接口

NS9750配備靈活的LCD控制器，支持市面上大多數(shù)商用顯示器，包括有源矩陣彩色TFT顯示器（最高24bpp直接8:8:8 RGB，16M顏色）、單面板和雙面板彩色STN顯示器（最高16bpp 4:4:4 RGB，3375顏色）以及單面板和雙面板單色STN顯示器（1、2、4bpp調(diào)色板灰度）。它能格式化圖像數(shù)據(jù)并生成時(shí)序控制信號(hào)，內(nèi)部可編程調(diào)色板LUT和灰度控制器支持不同的顏色技術(shù)，還可設(shè)置可編程面板時(shí)鐘頻率。

（五）其他接口

1. USB接口：支持USB v.2.0全速（12 Mbps）和低速（1.5 Mbps），可配置為設(shè)備或OHCI主機(jī)模式。USB主機(jī)為總線主控，USB設(shè)備支持一個(gè)雙向控制端點(diǎn)和11個(gè)單向端點(diǎn)，所有端點(diǎn)均由專用DMA通道支持，共13個(gè)通道。具備20字節(jié)RX FIFO和20字節(jié)TX FIFO。
2. 串口接口：有4個(gè)串行模塊，每個(gè)模塊可獨(dú)立配置為UART模式、SPI主模式或SPI從模式。波特率范圍從75 bps到921.6 kbps（異步x16模式）和1.2 kbps到6.25 Mbps（同步模式）。UART提供高性能硬件和軟件流控制，支持奇、偶或無(wú)校驗(yàn)，數(shù)據(jù)位可設(shè)置為5、6、7或8位，停止位為1或2位。每個(gè)模塊有32字節(jié)TX FIFO和32字節(jié)RX FIFO，還有4個(gè)接收端數(shù)據(jù)匹配檢測(cè)器和2個(gè)專用DMA通道，共8個(gè)通道。
3. I2C接口：支持I2C v.1.0，可配置為主模式或從模式，位速率有快速（400 kHz）或正常（100 kHz）兩種，支持時(shí)鐘拉伸，具備7位和10位地址模式，支持I2C總線仲裁。
4. 1284并行外設(shè)接口：支持所有標(biāo)準(zhǔn)模式，如ECP、字節(jié)、半字節(jié)、兼容性（也稱為SPP或“Centronix”），在ECP模式下支持壓縮數(shù)據(jù)的RLE（游程長(zhǎng)度編碼）解碼，工作時(shí)鐘范圍為100 kHz到2 MHz。

（六）電源管理和定時(shí)器

NS9750具備專利的電源管理功能，在正常運(yùn)行和睡眠模式下均可實(shí)現(xiàn)節(jié)能。在睡眠模式下，可設(shè)置內(nèi)存控制器進(jìn)行刷新，禁用除選定喚醒模塊外的所有模塊，并支持有效數(shù)據(jù)包或字符喚醒。它還擁有向量中斷控制器，可減少總線流量并實(shí)現(xiàn)快速中斷服務(wù)，具備硬件中斷優(yōu)先級(jí)。此外，還有16個(gè)獨(dú)立的16位或32位可編程定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，可選擇內(nèi)部定時(shí)器模式、外部門控定時(shí)器模式或外部事件計(jì)數(shù)器模式，可級(jí)聯(lián)使用，分辨率可測(cè)量分鐘級(jí)事件，源時(shí)鐘可選擇內(nèi)部時(shí)鐘或外部脈沖事件，每個(gè)定時(shí)器可單獨(dú)啟用或禁用。

三、系統(tǒng)配置與啟動(dòng)

（一）系統(tǒng)配置

PLL和其他系統(tǒng)設(shè)置可在CPU啟動(dòng)前的上電時(shí)進(jìn)行配置。外部引腳可在電源上電時(shí)配置必要的控制寄存器位，外部下拉電阻可根據(jù)應(yīng)用配置PLL和系統(tǒng)配置寄存器，推薦值為2.2k - 2.4k歐姆。通過(guò)不同引腳的配置，可以設(shè)置PCI仲裁器、芯片選擇、數(shù)據(jù)寬度、內(nèi)存接口讀取模式、CardBus模式、芯片選擇極性、字節(jié)序模式和啟動(dòng)模式等。

（二）系統(tǒng)啟動(dòng)

NS9750有兩種啟動(dòng)方式：通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)存總線從快速Flash啟動(dòng)，或通過(guò)SPI端口從低成本但速度較慢的串行EEPROM啟動(dòng)。兩種啟動(dòng)方式均為無(wú)縫連接，使用引導(dǎo)引腳RESET_DONEn指示系統(tǒng)上電時(shí)的啟動(dòng)位置。Flash啟動(dòng)可使用8位、16位或32位ROM或Flash，串行EEPROM啟動(dòng)由NS9750硬件支持，EEPROM中的配置頭指定從EEPROM獲取的總字?jǐn)?shù)、系統(tǒng)內(nèi)存配置和內(nèi)存控制器配置。啟動(dòng)引擎配置內(nèi)存控制器和系統(tǒng)內(nèi)存，從低成本串行EEPROM獲取數(shù)據(jù)并寫(xiě)入外部系統(tǒng)內(nèi)存，同時(shí)將CPU保持在復(fù)位狀態(tài)。

四、電氣特性與時(shí)序

（一）電氣特性

NS9750的核心電壓為1.5V，I/O環(huán)電壓為3.3V。其絕對(duì)最大額定值規(guī)定了DC電源電壓、DC輸入電壓、DC輸出電壓、DC輸入電流和存儲(chǔ)溫度等參數(shù)的范圍，超過(guò)這些范圍可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備永久性損壞。推薦的工作條件包括DC電源電壓、核心電壓、PLL電壓和最大結(jié)溫等，在這些范圍內(nèi)可保證電路的正確邏輯功能。

（二）時(shí)序特性

文檔詳細(xì)介紹了NS9750的各種時(shí)序特性，包括內(nèi)存時(shí)序（SDRAM和SRAM）、以太網(wǎng)時(shí)序、PCI時(shí)序、I2C時(shí)序、LCD時(shí)序、SPI時(shí)序、IEEE 1284時(shí)序、USB時(shí)序、復(fù)位和硬件綁定時(shí)序、JTAG時(shí)序以及時(shí)鐘時(shí)序等。這些時(shí)序特性對(duì)于確保處理器與外部設(shè)備的正確通信和協(xié)同工作至關(guān)重要。

五、總結(jié)與思考

Digi NS9750B - 0作為一款高性能的網(wǎng)絡(luò)處理器，在性能、集成度和功能方面都表現(xiàn)出色。它豐富的接口和強(qiáng)大的處理能力使其適用于各種高性能智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，我們也需要考慮一些問(wèn)題，例如如何根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景合理配置系統(tǒng)參數(shù)，如何優(yōu)化電源管理以降低功耗，以及如何處理不同接口之間的時(shí)序匹配等。希望通過(guò)對(duì)這款處理器的深入了解，能為電子工程師們?cè)?a href="http://m.makelele.cn/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)提供有益的參考。

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