BB-Black之PRU-ICSS簡析

　　什麽是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內核的性能十分強大，但是Linux的本質決定了對於高速外部硬件的控製可能會不太容易實現。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用通信子係統，以後簡稱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，隻不過其額外的兩個CPU工作頻率要高出許多，達到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行編程是一件麻煩事，而且處理器之前還需要有通信協議。而TI的這款芯片則極大的簡化了這種麻煩，原因有兩點，一是用於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的作用體現在哪兒?

　　對於低速通信來說，傳統的I2C或者常用的協議就已經足夠應付了，因此PRU在這些地方並沒有用武之地。而對於高速通信PRU可能會非常受歡迎，這是因為PRU能夠消除由於Linux環境切換所造成的中斷，從而連續對硬件提供服務，也不會對ARM主處理器造成負擔。這裏有一些常見的並且可行例子;

　　• 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或者其他自定義協議或非標準協議

　　• 帶反饋的電機控製

　　據我所知，PRU甚至能夠用某個外部時鍾來作為並行數據的時鍾。

　　如何使用PRU?

　　當前來說使用PRU即不簡單也不算困難。主要的難度在於在網上找到完整的實例。這裏提供的內容就是從網上收集而來的。

　　主要步驟如下：

　　1. 在BB-Black上使能PRU係統

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

　　3. 編寫代碼。PRU應用程序分為兩部分，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

　　(b) C語言代碼，運行於主處理器上，也就是Linux係統上。這些代碼負責將匯編代碼下載到RPU

　　4. 配置Linux設置樹，啟用所有引腳用於輸入輸出

　　5. 運行程序

　　PRU使用什麽樣的匯編代碼?

　　還好寄存器數量很給力(都是32位)，而且指令都是正交的，另外用於操作的位和字節參考都相當令人滿意，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。匯編命令數量並不多，目前為止我隻使用了大約45條命令中的一小部分，結果還不錯。(通常本人不願意為了某個不太好用的處理器花太多時間學習匯編 – 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，應為有了PRU就能夠在高速狀態下控製硬件(比如50MHz)。每條指令在PRU上隻需要5納秒的執行時間(200MHz頻率，每條指令占用一個周期)，並且不存在由於Linux內核造成的不規則延遲。

　　難點在哪兒?

　　難點主要在於和設備樹相關的東西。希望在未來能夠有所變化或者變得更簡單。在一個典型的微控製器上，輸入輸出的設定是用特定的寄存器完成的，這些寄存器存在於某個設備的某一部分存儲映射中。據我所知，當前運行在BB-Black上的軟件不允許用戶通過傳統的C代碼對這些硬件寄存器進行直接的修改操作。當前采用的方法叫做“設備樹”。它是一個文本文件，並且被壓縮成為二進製文件，在係統啟動時需要對其進行讀操作。該文件高速係統哪些是用於輸入輸出的引腳。設備樹的修改也適用於使能RPU係統。

　　有人曾經通過設備樹關閉了BB-Black上默認閃爍的LED燈。設備樹文件位於BB-Black的/boot目錄下，是一個二進製文件，其內容自然無法看懂(如下圖)，通常文件名為.dtb或者.dtbo。