PRU开发详解

只看该作者 · 2015-10-25 09:19

PRU开发详解.pdf (3.81 MB)

只看该作者 · 2015-10-25 11:26

PRU开发一直是个难题，希望有所帮助

只看该作者 · 2015-10-31 17:08

justperky 发表于 2015-10-25 11:26
PRU开发一直是个难题，希望有所帮助

不懂，可以讲讲什么是PRU么？

1万 · 2015-10-31 22:27

北方小榕树发表于 2015-10-31 17:08
不懂，可以讲讲什么是PRU么？

PRUSS（Programmable Real time Unit Subsystem），可独立编程实现一些实时性要求高的个性化需求，实

1万 · 2015-10-31 22:28

isseed 发表于 2015-10-31 22:27
PRUSS（Programmable Real time Unit Subsystem），可独立编程实现一些实时性要求高的个性化需求，实 ...

可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。

2万 · 2015-10-31 22:36

PRUSS简介

在系统架构上，PRUSS是连接在OMAPL138内部总线SCR上的一个模块，与系统中其它主模块如ARM，DSP一样，可以访问芯片上的其它外设，工作在PLL0_SYSCLK2时钟域，即ARM/DSP 频率的一半。

图1 PRUSS框图

PRUSS包括两个PRU，通过自己的SCR与子系统的中断控制器、指令内存、数据内存、以及系统SCR相连。PRU不是一个加速器，它是32-bit Load/Store RISC架构小端处理器，每个PRU有32个通用寄存器R0～R31，4K byte指令RAM，512 byte数据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30个输入引脚和32个输出引脚（注：OMAPL137系列没有PRU外部引脚）。PRU没有Cache、指令流水线、及乘法指令。

2万 · 2015-10-31 22:37

1 PRU 内存映射

1.1 指令空间

每个PRU 独立的指令空间为0x00000000～0x00000FFF。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。

表 1 PRU 指令空间映射表

1.2 数据空间

每个PRU 独立的512byte 数据RAM 空间为0x0000~0x01FF，因为数据RAM连接在PRU 子系统的SCR 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，有各自的地址空间。

表 2 PRUSS 本地数据空间内存映射表

1.3 全局地址空间映射

PRU 局部地址空间在系统全局地址空间映射端口为0x01C30000，如表3 所示，PRU 可以通过表2 的局部地址，也可以通过表3 的全局地址访问PRUSS 的数据空间，通过全局地址空间访问要经过系统SCR2，比通过局部地址空间访问要慢。PRUSS 外部主模块如ARM，DSP 等可通过全局地址空间访问PRU 资源。

表 3 PRUSS 全局空间内存映射表

2控制/状态寄存器

PRU0 的控制/状态寄存器地址位于0x00007000～0x000077FF，PRU1 的控制/状态寄存器地址位于0x00007800～0x00007FFF，寄存器列表如表4 所示，各寄存器的详细说明请参阅 [1] 。

表 4 PRU 控制/状态寄存器表

2万 · 2015-10-31 22:38

2.1 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 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 WAKEUP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 CYCLECNT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。

2万 · 2015-10-31 22:39

2.6 常量表

PRU 提供32 个常量地址表C0～C31，  INTCTER0-INTCTER31 是常量表的调试接口，当PRU 停止时，外部主模块读取INTCTERn即得到常量表Cn 的值。通过指令LBCO 或SBCO 从常量表指向的地址与寄存器之间以簇发方式传递数据。指令格式举例如下：

LBCO    R2, C2, 5, 8 //从C2+5 的地址读取8 字节到R2, R3。

SBCO    R2, C2, 5, 8 //将R2, R3 的数据写到C2+5 开始的地址。

表 6 PRU 常量表

在性能上与指令LBBO 和SBBO 没有区别，利用常量表可以节省通用寄存器的使用。

0～23 号常量表提供的入口地址是固定的，24～31 号常量表的域可通过寄存器编程设置：

C24[11:8]通过CONTABBLKIDX0[3:0]设置；

C25[11:8]通过CONTABBLKIDX0[19:16]设置；

C28[23:8]通过CONTABPROPTR0[15:0]设置；

C29[23:8]通过CONTABPROPTR0[31:16]设置；

C30[23:8]通过 CONTABPROPTR1[15:0]设置；

C31 [23:8] 通过CONTABPROPTR1 [31:16] 设置。

2.7 INTGPR0～31 调试通用寄存器

INTGPR0～31 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。

3 PRU模块接口

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，写事件号0～31 到R31_PRU_VEC[4:0]，同时设置R31_PRU_VEC_VALID，将产生中断输出事件到中断控制器的32~63 号系统事件。两个PRU 输出的中断事件相“或”输出到同一个中断号。

表 7 写R31 寄存器

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。

表 8 读R31 寄存器

2万 · 2015-10-31 22:41

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。

4 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

系统事件0～31 为32 个外部事件如表9 所示，可以通过系统配置寄存器CFGCHIP3 的第3 位PRUEVTSEL 在两组事件中进行选择，PRUSSEVTSEL=0时选择第一列的32 个外部系统事件，PRUSSEVTSEL=1 时选择第二列的32 个外部系统事件；系统事件32～63 由写R31 产生。

表 9 PRUSS 系统中断事件

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。

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。

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] 。

5 PRU编程

5.1 汇编工具PASM

PRU 只支持汇编编程，可用任意的文本编辑器编写源代码。PASM 是PRU 的命令行汇编器，其语法为：

pasm [-bcmldz] [-Dname=value] [-Cname] InFile [OutFileBaseName]

参数含义如表10 所示：

表 10 PASM 命令表

PASM 将汇编代码转换成一整块可执行的二进制数据用于加载，代码从指令内存的首地址开始排放，编译时没有链接过程，没有内存映射，所以没有段，从而也没有段指示符。输出格式可以为纯二进制文件，C 语言形式的数组，Hex 格式文件。

5.2 PRU指令集

指令按功能分为四类：数据搬移指令，算术运算指令，逻辑操作指令，程序流控指令。指令的语法规则参考[3]。

表 11 PRU 指令集

除了访问外部内存的指令，其它所有PRU 指令都是单周期指令。指令中寄存器名加上后缀表示寄存器中的位、字节、半字，这种灵活的寄存器访问方式可以将数据包，结构体分解成小的数据单位处理。

表 12 寄存器位域表示方式

举例说明这种寄存器访问方式：

R0.w2.b1=r0.b3

r0.w1.b1.t3 = r0.b2.t3 = r0.t19

r0.w2.t12 = r0.t28

5.3 汇编操作符

PASM 支持4 类汇编操作符：Hash 命令，指示语句，标签，注释。

5.3.1 Hash命令

控制汇编器的预处理，包括#include，#define，#undef，#ifdef，#ifndef，#else， #endif，#error，与C 语言的预处理命令用法类似。

5.3.2 指示符

指示符以“.”开头，单独占一行，不一定要放在一行的开头，后面可以跟注释语句。

表 13 PASM 汇编指示符

5.3.3 标签

在源代码中加入标签名+“：”，用来标示源代码的地址，当被指令引用时，直接替换成标签所在的源代码地址。标签命名不能以数字开头，可以单独为一行，也可以与指令，注释在同一行。

5.3.4 注释

以“//”开始，以行结束符结束，可以出现在代码的任何位置。

6 PRU开发包

TI 提供的PRU 开发包里 [4] ，提供了大量的实例源码，目录结构如图3 所示。

图 3 PRU 开发包目录结构

bin目录下是Linux 与Window 版本的PASM 工具；docs 目录下的readme 文件列出了TI wiki 上的PRU 帮助说明链接；example 目录下为各种例程源码，每个例程包括CCSV3.3 的DSP 工程，和以“.p 和.hp”结尾的PRU 代码；host 目录下是两个单独的PRU 代码下载例程，以文件形式的和以数组形式的。

7 PRU代码下载与运行

先通过PSC 使能PRU 模块时钟，PRU 空间才可以被访问。

PASM 编译后PRU 代码通过ARM/DSP 从全局地址空间加载到PRU 的指令空间后，ARM/DSP 通过全局空间地址将PRUCONTROL 寄存器的CONTERENABLE 和ENABLE置1，PRU 即开始从0 地址开始运行。在运行过程中ARM/DSP 可以通过CONTROL 控制PRU 的暂停，运行，复位，及复位后的运行地址等；暂停时可以通过PRU 的调试寄存器观察PRU 的寄存器状态，也可以通过调试寄存器修改PRU 寄存器的值。

8 PRU调试

目前在CCSV5 里可以用仿真器连接PRU 查看寄存器，内存。但是没有图形界面的PRU 调试工具，不能在代码中加入断点这样的方式调试。可以通过以下几种方法进行间接调试。

8.1 加入“打印”信息

在PRU 代码中增加调试代码，根据程序运行状态在内存里写入相应的值，暂停PRU 后，通过查看内存值来获取程序的运行状态，也可以在DSP/ARM 的代码里加入调试代码检测内存值的变化。

8.2 触发中断

在PRU 代码中通过写R31 寄存器给DSP/ARM 发送中断，这种方法减轻DSP/ARM 的负荷，尤其在DSP/ARM 软件与PRU 软件一起调试时更为有效。

8.3 通过输出寄存器R30输出状态

在代码中写R30 设置相应PRU 输出管脚的状态，用示波器或万用表观察管脚状态以获知程序运行状态。

8.4 加入空循环反复调试

在代码中加入while(1)，通过查看PRU 的程序指针是否停在空循环处，可以知道程序运行流程是否正确，查看PRU 的寄存器和内存判断运行结果是否正确。在PASM 编译产生的列表文件里有代码的对应的程序指针值。

只看该作者 · 2017-8-1 16:55

从某种意义上说，有了PRU，我们就有了一个片上CPLD或FPGA，把传统双芯片的方案变成单芯片方案，这样系统性能可以大大提升，云泰一体化3D打印控制触摸屏产品是使用PRU的典型案例。

PRU开发详解

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