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Blackn
嵌入式处理器
ADSP-BF512/BF512F, BF514/BF514F, BF516/BF516F, BF518/BF518F
Rev. B
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One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106 U.S.A.
Tel: 781.329.4700 www.analog.com
Fax: 781.461.3113 © 2011 Analog Devices, In
c. All rights reserved.
JTAG TEST AND EMULATION
PERIPHERAL
ACCESS BUS
OTP
3-PHASE PWM
WATCHDOG TIMERRTC
TWI
SPORT1-0
RSI (SDIO)
PPI
UART1–0
SPI0
4 Mbit SPI Flash
(See Table 1)
SPI1
TIMER7–0
COUNTER
EMAC
BOOT
ROM
DMA
EXTERNAL
BUS
INTERRUPT
CONTROLLER
DMA
CONTROLLER
L1
DATA
MEMORY
L1
INSTRUCTION
MEMORY
16
DMA CORE BUS
EXTERNAL ACCESS BUS
EXTERNAL PORT
FLASH, SDRAM CONTROL
PORTS
B
特性
高达400 MHz的高性能Blackn处理器
2个16位MAC、2个40位ALU、4个8位视频ALU、40位移位
器
RISC式寄存器和指令模型,简化编程并提供编译器相关支
持
高级调试、追踪和性能监控功能
宽工作电压范围。参见第20页的工作条件
通过汽车应用认证。参见第65页的汽车产品
168引脚CSP_BGA封装或176引脚、裸露焊盘LQFP封装
存储器
116KB片内存储器
外部存储器控制器无缝支持SDRAM和异步8/16位存储器
带引导选项的可选4Mb SPI闪存
灵活的引导选项:内部SPI闪存、OTP存储器、外部SPI/并
行存储器或SPI/UART主机
Lockbox安全技术确保代码安全
一次性可编程(OTP)存储器
存储器管理单元提供存储器保护
外设
IEEE 802.3兼容型10/100以太网MAC,支持IEEE 1588(仅
限ADSP-BF518/ADSP-BF518F)
并行外设接口(PPI),支持ITU-R 656视频数据格式
2个双通道、全双工同步串行端口(SPORT),支持8个立体
声I2S通道
12个外设DMA,其中2个由以太网MAC掌控
2个带外部请求线的存储器到存储器DMA
具有56个中断输入的事件处理器
2个串行外设接口(SPI)
移动存储器接口(RSI)控制器支持MMC、 SD、 SDIO和
CE-ATA
2个支持IrDA的UART
2线接口(TWI)控制器
8个支持PWM的32位定时器/计数器
以中心为基准的3相16位PWM单元
32位通用计数器
实时时钟(RTC)和看门狗定时器
32位内核定时器
40个通用I/O (GPIO)
调试/JTAG接口
片内PLL支持频率调制
Blackn和Blackn标志均为ADI公司的注册商标。
ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文,敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误,ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性,请参考ADI提
供的最新英文版数据手册。
Rev. B | Page 2 of 68 | January 2011
ADSP-BF512/BF512F, BF514/BF514F, BF516/BF516F, BF518/BF518F
特性.....................................................................................................1
存储器 ................................................................................................1
外设.....................................................................................................1
修订历史............................................................................................2
概述.....................................................................................................3
便携式低功耗架构......................................................................3
系统集成 .......................................................................................3
Blackn处理器内核.....................................................................3
存储器架构...................................................................................5
事件处理 .......................................................................................6
DMA控制器..................................................................................7
处理器外设...................................................................................7
动态电源管理.............................................................................11
电压调节接口.............................................................................13
时钟信号 .....................................................................................13
引导模式 .....................................................................................14
指令集描述.................................................................................15
开发工具 .....................................................................................15
设计一个兼容仿真器的处理器板(目标)..............................16
相关文件 .....................................................................................16
相关信号链.................................................................................16
目录
LOCKBOX安全技术免责声明................................................16
信号描述..........................................................................................17
技术规格 .....................................................................................20
工作条件 .....................................................................................20
电气特性 .....................................................................................22
闪存特性 .....................................................................................24
绝对最大额定值 ........................................................................25
封装信息 .....................................................................................26
ESD灵敏度..................................................................................26
时序规格 .....................................................................................27
输出驱动电流.............................................................................50
测试条件 .....................................................................................52
热特性..........................................................................................56
176引脚LQFP封装引脚分配........................................................57
168引脚CSP_BGA封装引脚分配................................................60
外形尺寸..........................................................................................63
表贴设计 .....................................................................................64
汽车应用产品 .................................................................................65
订购指南..........................................................................................65
更改RSI控制器时序(高速模式)中的t
WL
、t
WH
和t
OH
规格........36
更改10/100以太网MAC控制器时序:MII站管理中的t
MDCIH
和t
MDCOH
规格 ..................................................................................48
更正168引脚芯片级封装球栅阵列[CSP_BGA] (BC-168-1)的
尺寸..................................................................................................64
修订历史
2011年1月—修订版A至修订版B
本版数据手册与修订版ADSP-BF51x Blackn处理器硬件参
考同步发布,已删除所有多余信息。
更改工作条件中的多项技术规格 ..............................................20
更改锁相环工作条件中的f
VCO
规格............................................21
更改电气特性中的多项技术规格 ..............................................22
在时钟和复位时序中增加汽车应用型号的f
CKIN
规格 ............27
将异步存储器读周期时序中的参数V
DDMEM
更改为V
DDEXT
..........................................................................................................29
SDRAM接口时序...........................................................................31
并行外设接口时序 ........................................................................33
串行端口..........................................................................................37
更改并行外设接口时序中的t
HFSPE
规格 .....................................33
更改并行外设接口时序中的t
HFSPE
规格并增加t
PSUD
规格........33
更改RSI控制器时序中的t
WL
和t
WH
规格......................................35
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表1. 处理器对比
特性
ADSP-BF512
ADSP-BF512F
ADSP-BF514
ADSP-BF514F
ADSP-BF516
ADSP-BF516F
ADSP-BF518
ADSP-BF518F
存储器(字节)
16K
概述
ADSP-BF512/ADSP-BF512F、ADSP-BF514/ADSPBF514F、
ADSP-BF516/ADSP-BF516F、ADSP-BF518/ADSPBF518F处
理器属于Blackn®系列产品,采用ADI公司/Intel宏信号架
构(MSA)。Blackn处理器将先进的双MAC信号处理引擎、
干净且正交的RISC式微处理器指令集的优势和单指令、多
数据流(SIMD)多媒体能力结合为一个指令集架构。
这些处理器与其它Blackn处理器完全代码兼容。
Blackn处理器集成了许多业界领先的系统外设和丰富的存
储器,在一个集成封装中提供RISC式编程能力、多媒体支
持和先进的信号处理,堪称新一代应用的首选平台。
便携式低功耗架构
Blackn处理器提供世界一流的电源管理和性能。它们采用
低功耗和低电压设计,片内集成动态电源管理,能够改变
工作电压和频率,从而显著降低整体功耗。与仅能改变工
作频率的方法相比,这种方法能够大幅降低功耗,延长便
携式设备的电池续航时间。
系统集成
ADSP-BF51x处理器是高集成度片上系统解决方案,适用
于新一代嵌入式网络连接应用。利用业界标准接口与高性
能信号处理内核的完美结合,高性价比应用能够快速完成
开发,而无需昂贵的外部器件。系统外设包括:IEEE-
802.3兼容型10/100以太网MAC,支持IEEE-1588(仅限
ADSP-BF518/ADSP-BF518F);RSI控制器;TWI控制器;
2个UART端口;2个SPI端口;2个串行端口(SPORT);9个
通用32位定时器(8个具有PWM能力);用于电机控制的3
相PWM;实时时钟;看门狗定时器;以及并行外设接口
(PPI)。
Blackn处理器内核
如图1所示,Blackn处理器内核包含2个16位乘法器、2个
40位累加器、2个40位ALU、4个视频ALU和1个40位移位
器。计算单元处理来自寄存器文件的8位、16位或32位数
据。
计算寄存器文件包含8个32位寄存器。对16位操作数数据
执行运算时,寄存器文件作为16个独立的16位寄存器工
作。用于运算的所有操作数都来自多端口寄存器文件和指
令常数字段。
每个MAC在每个周期可以执行一个16位乘16位乘法,结果
累加到40位累加器中。支持带符号和无符号格式、舍入以
及饱和。
ALU用于对16位或32位数据执行传统的算术和逻辑运算。
此外,它还包括许多特殊指令,以便加速多种信号处理任
务的执行。特殊指令包括字段提取和二进制位个数统计等
位操作、模232乘法、除法原语、饱和和舍入、符号/指数
检测。视频指令集包括字节对齐和打包操作、16位和8位
截除加法、8位平均操作、8位减法/绝对值/累加(SAA)操
作。此外还提供比较/选择和矢量搜索指令。
IEEE-1588
以太网MAC
RSI
TWI
SPORT
UART
SPI
通用定时器
看门狗定时器
RTC
PPI
内部4 Mb SPI闪存
旋转计数器
3相PWM对
GPIO
L1指令SRAM
L1指令SRAM/高速缓存
L1数据SRAM
L1数据SRAM/高速缓存
L1暂存
L3引导ROM
最大速度等级
封装选项
400 MHz
176引脚、裸露焊盘LQFP
168引脚CSP_BGA
ADSP-BF512/BF512F, BF514/BF514F, BF516/BF516F, BF518/BF518F
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SEQUENCER
ALIGN
DECODE
LOOP BUFFER
16
16
8 888
0404
1A0A
BARREL
SHIFTER
DATA ARITHMETIC UNIT
CONTROL
UNIT
R7.H
R6.H
R5.H
R4.H
R3.H
R2.H
R1.H
R0.H
R7.L
R6.L
R5.L
R4.L
R3.L
R2.L
R1.L
R0.L
ASTAT
40 40
32
32
32
32
32
32
32LD0
LD1
SD
DAG0
DAG1
ADDRESS ARITHMETIC UNIT
I3
I2
I1
I0
L3
L2
L1
L0
B3
B2
B1
B0
M3
M2
M1
M0
SP
FP
P5
P4
P3
P2
P1
P0
DA1
DA0
32
32
32
PREG
RAB
32
TO MEMORY
对于某些指令,两个16位ALU操作可以在寄存器对(一个计
算寄存器的16位高半部分和16位低半部分)上同时执行。如
果使用第二个ALU,则可以同时执行4个16位操作。
40位移位器可以执行移位和旋转,用于支持归一化、字段
提取和字段存放指令。
程序序列器控制指令执行流程,包括指令对齐和解码。对
于程序流程控制,该序列器支持PC相对和间接条件跳转
(带静态分支预测)以及子例程调用。硬件支持零开销循
环。该架构完全联锁,意味着在执行具有数据相关性的指
令时,编程人员无需管理流水线。
地址算法单元提供两个地址,用于实现同时双取存储器操
作。它包含一个多端口寄存器文件,该寄存器文件由4组
32位索引、更改、长度、基础寄存器(用于循环缓冲)和8个
附加32位指针寄存器(用于C式索引堆栈操作)组成。
Blackn处理器支持一种改进型Harvard架构和分层存储器
结构。第一级(L1)存储器通常以处理器最高速度工作,延
迟非常短或无延迟。在L1层,指令存储器仅保存指令。两
个数据存储器保存数据,一个专用暂存数据存储器存储堆
栈和本地变量信息。
此外还提供多个L1存储器模块,构成一个可配置的SRAM
与高速缓存组合。存储器管理单元(MMU)为可能在内核上
工作的各个任务提供存储器保护,并且能够防止对系统寄
存器进行非预期的访问。
该架构提供三种工作模式:用户模式、管理员模式和仿真
模式。用户模式对某些系统资源的访问权限是有限制的,
从而提供一种受保护的软件环境,而管理员模式则能无限
制地访问系统和内核资源。
Blackn处理器的指令集经过优化,16位操作码代表最常用
的指令,因而可获得出色的编译代码密度。复杂的DSP指
令则编码为32位操作码,以实现完备的多功能指令。
Blackn处理器支持有限的多议题功能,一个32位指令可以
与两个16位指令并行发出,使得编程人员能在一个指令周
期中使用许多内核资源。
图1. Blackn处理器内核
ADSP-BF512/BF512F, BF514/BF514F, BF516/BF516F, BF518/BF518F
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RESERVED
CORE MMR REGISTERS (2M BYTES)
RESERVED
SCRATCHPAD SRAM (4K BYTES)
INSTRUCTION BANK B SRAM (16K BYTES)
SYSTEM MMR REGISTERS (2M BYTES)
RESERVED
RESERVED
DATA BANKBSRAM / CACHE (16K BYTES)
DATA BANK B SRAM (16K BYTES)
DATA BANK A SRAM / CACHE (16K BYTES)
ASYNC MEMORY BANK 3 (1M BYTES)
ASYNC MEMORY BANK 2 (1M BYTES)
ASYNC MEMORY BANK 1 (1M BYTES)
ASYNC MEMORY BANK 0 (1M BYTES)
INSTRUCTION BANK C SRAM/CACHE (16K BYTES)
NI
T
RE
N
A
L
M
E
OM
R
Y
M
A
P
E
X
T
E
R
AN
L
M
E
M
O
R
Y
MA
P
0xFFFF FFFF
0xFFE0 0000
0xFFB0 0000
0xFFA1 4000
0xFFA1 0000
0xFF90 8000
0xFF90 4000
0xF
F80 8000
0xFF80 4000
0x2040 0000
0x2030 0000
0x2020 0000
0x2010 0000
0x2000 0000
0xEF00 0000
0x0000 0000
0xFFC0 0000
0xFFB0 1000
0xFFA0 0000
DATA BANK A SRAM (16K BYTES)
0xFF90 0000
0xFF80 0000
RESERVED
RESERVED
0xFFA0 8000
INSTRUCTION BANK A SRAM (16K BYTES)
RESERVED
BOOT ROM (32K BYTES)
0xEF00 8000
RESERVED
0x08 00 0000
0xFFA0 4000
SDRAM MEMORY (16M BYTES
-
128M BYTES)
ADSP-BF512/BF512F, BF514/BF514F, BF516/BF516F, BF518/BF518F
片内L1存储器系统是Blackn处理器可以使用的最高性能存
储器。片外存储器系统通过外部总线接口单元(EBIU)进行
访问,它利用SDRAM、闪存和SRAM扩展存储空间,最多
可以访问132MB的物理存储器。
存储器DMA控制器提供高带宽数据移动能力,它能在内部
存储器与外部存储器空间之间以块形式传输代码或数据。
内部(片内)存储器
ADSP-BF51x处理器具有三个片内存储器模块,用于提供
高带宽的内核访问。
第一个模块是L1指令存储器,包括48KB SRAM,其中的
16KB可以配置为一个四路分组关联高速缓存。该存储器支
持以处理器最高速度进行访问。
第二个片内存储器模块是L1数据存储器,最多包括两个存
储器库,每个存储器库最多包括32KB存储器,可以配置为
高速缓存或SRAM,并提供相应功能。该存储器模块支持
以处理器最高速度进行访问。
第三个存储器模块是4KB暂存SRAM,其运行速度与L1存
储器相同,但只能作为数据SRAM进行访问,不能配置为
高速缓存。
外部(片外)存储器
外部存储器通过EBIU进行访问。该16位接口可以无缝连接
一个同步DRAM (SDRAM)存储器库和最多四个异步存储器
库,包括闪存、EPROM、ROM、SRAM和存储器映射I/O
设备。
SDRAM控制器可以与最多128MB的SDRAM接口。针对每
个内部SDRAM存储器库,可以单独打开一行;SDRAM控
制器支持多达四个内部SDRAM存储器库,从而改善整体
性能。
异步存储器控制器可以控制多达四个存储器库,其时序参
数非常灵活,支持多种多样的设备。无论所用设备的大
小,每个存储器库都占用1MB的段空间,因此,只有当各
存储器库用1MB存储器完全填充时,它们才是邻接的。
闪存
ADSP-BF512F/ADSP-BF514F/ADSP-BF516F/ADSP-BF518F
处理器的封装内包含一个SPI闪存,它连接到SPI0。
该SPI闪存具有4Mb容量,标称工作电压为1.8V。每个模块
的编程/擦除耐久性为100,000周期,该存储器的数据保存
期限超过100年。它还支持软件写保护、快速擦除和字节
编程。
Blackn处理器的汇编语言使用代数语法,易于编码和阅
读。该架构经过优化,能够与C/C++编译器一起使用,软
件实现快速、高效。
存储器架构
ADSP-BF51x处理器将存储器视为一个统一的4GB地址空
间,使用32位地址。所有资源,包括内部存储器、外部存
储器和I/O控制寄存器,都占据这一公共地址空间中的不
同部分。此地址空间的存储器部分按照分层结构安排,以
实现一些高速、低延迟片内存储器(用作高速缓存或SRAM)
与较大的、成本和性能较低的片外存储器系统的良好性价
平衡。内部和外部存储器空间的存储器映射如图2所示。
图2. ADSP-BF51x内部/外部存储器映射
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