长文分享丨TI AM5718的PRU开发详解

PRUSS简介

TI AM5718 系列 OK5718开发板 有两个PRU-ICSS(ProgrammableReal-Time Unit Subsystem and Industrial CommunicationSubsystem),可以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。在系统架构上,PRUSS是连接L3_MAIN内部总线上的一个模块,与系统中其它主模块如ARMDSP一样,可以访问芯片上的其它外设。


 

PRUSS包括两个PRU,通过自己的32-bitinterconnect总线与子系统的中断控制器、指令内存、数据内存、共享内存、外设模块相连。

PRU不是一个加速器,它是32-bitLoad/Store RISC架构小端处理器,每个PRU有32个通用寄存器R0~R31,12Kbyte指令RAM,8Kbyte数据RAM和32byte共享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21个输入引脚和21个输出引脚。

设备中的pru-icss1和pru-icss2集成功能:

•PD_L4PER power domain instantiation
• two master ports (PRU0and PRU1 core initiators) on the device L3_MAIN interconnect
•Non-wakeup capable - smart Standby protocol with the device PRCM
•Software assertion of a standby request "MStandby" (formaster port clock disable) with local (PRUICSS) monitoring of thePRCM "MWait" acknowledge.
• one slave(configuration) port on the L3_MAIN interconnect for device hosts(MPU, DSP1, etc.) to
access various memories and registers ofPRU-ICSS
• Non-wakeup capable - smart Idle protocol with thedevice PRCM
• 10 output interrupt events from local interruptcontroller - PRUSS_INTC:

– 2events to each PRU core (events 0 and 1)
– 8 events mapped tothe device IRQ_CROSSBAR which further remaps them to deviceinterrupt
controllers (events 2 through 9)
– 2 eventsmapped to the device DMA_CROSSBAR, that remaps them to device DMAcontrollers
(events 8 and 9)
• 32 external interrupts aremapped via the device IRQ_CROSSBAR to the local PRUSS_INTC
• Alocal software gating of clocks to several modules within PRUsubsystem (local clock management
protocol), as follows:
–PRUSS_IEP
– PRUSS_eCAP_0
– PRUSS_UART0
–PRUSS_INTC
– PRUSS_PRU0
– PRUSS_PRU1
• 3 inputclocks obtained from device PRCM:
– a PRU-ICSS top levelgatable interface clock
– a PRUSS IEP functional clock
–a PRUSS UART0
• No memory/register retention is supported
•One hardware non-retention (level sensitive) reset

wps3.png

 

PART 01 ▼ PRU内存映射

 1.1 指令空间 

每个PRU独立的指令空间为0x00000000~0x00002FFF。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。

▲PRU指令空间映射表

 1.2 数据空间 

每个PRU独立的8Kbyte数据RAM空间为0x0000~0x01FF,因为数据RAM连接在PRU子系统的内部总线上,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/状态寄存器等,有各自的地址空间。


▲PRUSS本地数据空间内存映射表 

 1.3 全局地址空间映射 

PRU_ICSS1局部地址在系统全局地址空间基地址(L3_MAINbase address)为0x4B2A0000,PRU_ICSS2局部地址在系统全局地址空间基地址(L3_MAINbase address)为0x4B28E000。表3表示PRU_ICSS局部地址空间的偏移量(OffsetAddress)。
 

▲PRUSS全局空间内存映射表


PRU可以通过表2的局部地址,也可以通过全局地址访问PRUSS的数据空间,通过全局地址空间访问要经过系统L3_MAINdevice,比通过局部地址空间访问要慢。

PRUSS外部主模块如ARM,DSP等可通过系统全局地址空间映射端口+全局地址空间访问(表3的OffsetAddress + L3_MAIN base address)PRU资源。详情参考《AM571xTechnical Reference Manual》中30.4.4.2PRU-ICSS Global Memory Map章节内容。

PART 02 ▼ 控制/状态寄存器

PRU0的控制/状态寄存器地址位于0x00020000~0x0002_3FFF,PRU1的控制/状态寄存器地址位于0x0002_4000~0x0002_5FFF,寄存器列表如表4所示,各寄存器的详细说明请参阅[1]。


wps9.jpg

 

 

▲PRU控制/状态寄存器表

 

 2.1 PRU_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。


▲表5 PRU控制寄存器说明表 

 2.2 PRU_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 PRU_WAKEUP_EN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 PRU_CYCLE周期计数器 

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 PRUSS_DBG_GPREG 0~31调试通用寄存器 

PRUSS_DBG_GPREG0~31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。

 

PART 03 ▼ PRU通用寄存器 

 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,写一个0到15之间的通道号到R31_PRU_VEC[3:0],同时设置R31_PRU_VEC_VALID,将产生相应的中断输出事件到中断控制器的系统事件。两个PRU输出的断事件相“或”输出到同一个中断控制器系统事件。


 

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。

 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。

 

PART 04▼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。


▲图2 PRU中断控制器框图


PRU-ICSS1_INTC/PRUSS2_INTC的中断0~31对应着PRU-ICSS集成模块产生的事件。系统事件16~31由写R31产生。


PRU_ICSS系统事件32~55(中断输入),可以通过系统配置寄存器PRUSS_MII_RT[0]选择标准的或者MII_RT系统事件,PRUSSEVTSEL=0时选择PRU-ICSS专用IRQ_CROSSBAR输出的事件作为中断源,PRUSSEVTSEL=1时选择MII_RT模块产生的事件作为中断源。如下图所示:


 

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。

设置PRUSS_INTC_CMR实现通道和64个系统事件的映射,PRUSS_INTC_CMRi(i为0~15)寄存器用于实现i*4到i*4+k号系统事件映射到相应的通道。通过寄存器相应位设置的通道号映射到相应的系统事件。

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。

PRUSS_INTC_HMR寄存器主机中断和通道的映射。PRUSS_INTC_HMRi(i为0~3)寄存器用于实现0-9号通道映射到0-9号主机中断。通过寄存器相应位设置主机中断号,将住中断号与通道号建立映射。

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]。

看点05▼PRU代码包

飞凌嵌入式 AM571x 系列 OK5718开发板 用户资料中提供了大量的实例源码,目录结构如图3所示。


 

关于例程的编译和测试,详见《OK5718-C_软件手册_》7.4Ti 官方例程编译及测试和7.5飞凌例程编译及测试。

 

PART06▼PRU软件调试

 6.1 调试工具 

调试工具我们使用TI官方推出的仿真器XDS100V2 ,XDS100V2是一款USBJTAG仿真器。

 6.2 硬件连接 

步骤一:

将XDS100V2仿真器相关引脚通过飞凌调试转接板与0K5718-C开发板 的JTAG

接口使用排线进行连接。连接方式如下:


 

步骤二:

使用USB数据连接线连接XDS100V2到PC机USB接口。

 6.3 软件调试 

本实例使用飞凌pru测试程序PRU_LED0做仿真调试,将项目导入到ccs后,右击PRU_LED0,选择Properties。


 

选择使用仿真器和编译器版本,设置完成后点击ok。


 

右击PRU_LED0,选择DebugConfigurations。


 

选择PRU_LED0,去掉相应的勾选之后如下图。点击Apply,最后点Debug。


 

点击run菜单,选择debug。


 

以下方式也可以进入debug。


 

如果编译通过的话,会是这个样子。


 

进入仿真后光标会停在主函数开始处。


 

下面对上图的按钮做一下说明 

按钮1,运行按钮,全速运行。如果为灰色,说明一直在执行代码,也可能是死循环,点暂停键看看。

按钮2,暂停运行。

按钮3,退出仿真。

按钮4,单步运行,遇到子函数进入子函数。

按钮5,单步运行,遇到函数会当成语句,直接一步过,不进入函数内部。

按钮6,单步运行,如果程序在子函数中运行,点击此按钮,跳出子函数。

按钮7,汇编单步,遇到子函数,进入子函数。

按钮8,汇编单步运行,遇到函数会当成语句,直接一步过,不进入函数内部。

在软件调试过程中,进行如下操作可以查看变量,寄存器值。

点击view菜单,选择Expressions项。


 

出现以下界面


 

▼ 选中要观察的变量名,右击选中AddWatch Expression 项。


 

点击ok。


 

Expressions 窗口中加入变量gpio的值。


 

点击Addnew expression  输入R30,在Expressions窗口中显示R30值。


 

当进入调试界面后,当要程序运行到某一行时,右击某一行,点击runto line 。则运行到此行,右击57行。


 

运行到57行gpio值发生变化,转化为16进制为0xffffffff。


 

右击60行,选择runto line,R30值发生变化。


 

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