BB-Black之PRU-ICSS簡析

　　什么是PRU-ICSS？

　　Beaglebone Black所使用的TI芯片（XAM3359AZCZ revision 2）包含了一個主處理器和許多其他的模塊，如下圖：

　　盡管ARM Cortex-A8內(nèi)核的性能十分強大，但是Linux的本質(zhì)決定了對于高速外部硬件的控制可能會不太容易實現(xiàn)。而TI的這款芯片添加了兩個額外的CPU（稱為PRU-ICSS或PRUSSv2，即可編程實時單元和工業(yè)用通信子系統(tǒng)，以后簡稱PRU），從而使這個問題得到了改善。這意味著這兩個CPU可以分別運行不同的軟件，以便減輕底層協(xié)議在硬件接口和處理上的工作量。

　　這款芯片就好像具有Arduino類似功能的處理器，只不過其額外的兩個CPU工作頻率要高出許多，達(dá)到200MHz，也就是說在許多情況下可以不再需要外部邏輯器件、CPLD或者FPGA。

　　通常來說，針對一個以上的處理器進(jìn)行編程是一件麻煩事，而且處理器之前還需要有通信協(xié)議。而TI的這款芯片則極大的簡化了這種麻煩，原因有兩點，一是用于PRU的代碼可以從主處理器下載，二是為了方便處理器之間通信，芯片集成了共享存儲器。

　　PRU的作用體現(xiàn)在哪兒？

　　對于低速通信來說，傳統(tǒng)的I2C或者常用的協(xié)議就已經(jīng)足夠應(yīng)付了，因此PRU在這些地方并沒有用武之地。而對于高速通信PRU可能會非常受歡迎，這是因為PRU能夠消除由于Linux環(huán)境切換所造成的中斷，從而連續(xù)對硬件提供服務(wù)，也不會對ARM主處理器造成負(fù)擔(dān)。這里有一些常見的并且可行例子；

　　• 連接到高速ADC（例如模擬信號捕捉）

　　• CCD 或者CMOS攝像機

　　• LED或者LCD顯示器

　　• 生成模擬視頻信號（視頻編碼器）

　　• 自定義PWM或者其他自定義協(xié)議或非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議

　　• 帶反饋的電機控制

　　據(jù)我所知，PRU甚至能夠用某個外部時鐘來作為并行數(shù)據(jù)的時鐘。

　　如何使用PRU？

　　當(dāng)前來說使用PRU即不簡單也不算困難。主要的難度在于在網(wǎng)上找到完整的實例。這里提供的內(nèi)容就是從網(wǎng)上收集而來的。

　　主要步驟如下：

　　1. 在BB-Black上使能PRU系統(tǒng)

　　2. 將PRU匯編程序安裝到BBB上（當(dāng)前用于PRU的代碼是都是用匯編寫的，還沒有人開發(fā)出這對PRU的C編譯器）

　　3. 編寫代碼。PRU應(yīng)用程序分為兩部分，而且相互之間能夠通過存儲器尋址來進(jìn)行通信，即

　　（a） 匯編代碼，編譯為.bin機器指令文件，以便在PRU上運行

　?。╞） C語言代碼，運行于主處理器上，也就是Linux系統(tǒng)上。這些代碼負(fù)責(zé)將匯編代碼下載到RPU

　　4. 配置Linux設(shè)置樹，啟用所有引腳用于輸入輸出

　　5. 運行程序

　　PRU使用什么樣的匯編代碼？

　　還好寄存器數(shù)量很給力（都是32位），而且指令都是正交的，另外用于操作的位和字節(jié)參考都相當(dāng)令人滿意，所以相對而言，比起某些常見的匯編語言，例如針對PIC或其他8位處理器的匯編來說，PRU使用的匯編代碼算是比較容易上手的了。匯編命令數(shù)量并不多，目前為止我只使用了大約45條命令中的一小部分，結(jié)果還不錯。（通常本人不愿意為了某個不太好用的處理器花太多時間學(xué)習(xí)匯編 – 但RPU完全不同，其指令集貌似很好用的樣子）

　　PRU是否物有所值？

　　我覺得答案是肯定的，應(yīng)為有了PRU就能夠在高速狀態(tài)下控制硬件（比如50MHz）。每條指令在PRU上只需要5納秒的執(zhí)行時間（200MHz頻率，每條指令占用一個周期），并且不存在由于Linux內(nèi)核造成的不規(guī)則延遲。

　　難點在哪兒？

　　難點主要在于和設(shè)備樹相關(guān)的東西。希望在未來能夠有所變化或者變得更簡單。在一個典型的微控制器上，輸入輸出的設(shè)定是用特定的寄存器完成的，這些寄存器存在于某個設(shè)備的某一部分存儲映射中。據(jù)我所知，當(dāng)前運行在BB-Black上的軟件不允許用戶通過傳統(tǒng)的C代碼對這些硬件寄存器進(jìn)行直接的修改操作。當(dāng)前采用的方法叫做“設(shè)備樹”。它是一個文本文件，并且被壓縮成為二進(jìn)制文件，在系統(tǒng)啟動時需要對其進(jìn)行讀操作。該文件高速系統(tǒng)哪些是用于輸入輸出的引腳。設(shè)備樹的修改也適用于使能RPU系統(tǒng)。

　　有人曾經(jīng)通過設(shè)備樹關(guān)閉了BB-Black上默認(rèn)閃爍的LED燈。設(shè)備樹文件位于BB-Black的/boot目錄下，是一個二進(jìn)制文件，其內(nèi)容自然無法看懂（如下圖），通常文件名為.dtb或者.dtbo。