6. 타겟시스템하드웨어 - 순천향대...

6. 타겟 시스템 하드웨어

ARM 아키텍처

메모리

ODROID-X2ODROID X2

순천향대학교 컴퓨터공학과 이 상 정 1

임베디드 소프트웨어

컴퓨터 구조 복습MIPS ISA의 정적 다중 이슈- MIPS ISA의 정적 다중 이슈

Instruction types Pipe stages

ALU or branch IF ID EX MEM WB

Load or store IF ID EX MEM WB







타겟 시스템순천향대학교 컴퓨터공학과 2


컴퓨터 구조 복습동적 다중 이슈 프로세서- 동적 다중 이슈 프로세서

수퍼스칼라 (Superscalar) 수퍼스칼라 (Superscalar)• 프로세서가 클럭 당 1개 이상의 명령어를 실행할 수 있는 진보된 파이프라이닝 기법

간단한 수퍼스칼라• 순서대로 이슈(In Order Issue)

• 컴파일러 스케쥴링

대부분의 수퍼스칼라동적 파이프라인 스케쥴링• 동적 파이프라인 스케쥴링

• 지연(stall)을 피하기 위해 명령어 실행의 순서를 재배치하는 하드웨어지원

최근의 수퍼 스칼라비순서 이슈 ( )

타겟 시스템

• 비순서 이슈 (Out of Order Issue)

순천향대학교 컴퓨터공학과 3


컴퓨터 구조 복습 - 동적 파이프라인 스케쥴링컴퓨터 구조 복습 동적 파이프라인 스케쥴링

CPU가 지연을 피하기 위해 명령어를 원래 프로그램의 순서 CPU가 지연을 피하기 위해 명령어를 원래 프로그램의 순서를 벗어나서 비순서 실행 (out of order execution)• 그러나 실행 결과의 레지스터에는 원래 프로그램 순서대로 저장

(commit)

예 예lw $t0, 20($s2)addu $t1 $t0 $t2addu $t1, $t0, $t2sub $s4, $s4, $t3slti $t5, $s4, 20

• addu 가 lw의 결과를 기다리는 동안 sub 의 실행을 시작



컴퓨터 구조 복습4 웨이 집합연관 캐쉬 구현- 4-웨이 집합연관 캐쉬 구현



컴퓨터 구조 복습 -캐쉬 일관성 유지 프로토콜( h h t l)(cache coherence protocol)

멀티프로세서에서 캐쉬 일관성을 보장을 위해 다음 동작 수 멀티프로세서에서 캐쉬 일관성을 보장을 위해 다음 동작 수행• 지역 캐쉬로 이동(migration)( g )

• 공유 메모리의 대역폭을 감소

• 읽기-공유 데이터의 복사(replication)

공유 데이터 접근 시 대기시간과 읽기 경쟁을 감소• 공유- 데이터 접근 시 대기시간과 읽기 경쟁을 감소

스누핑 프로토콜 (Snooping protocols) 스누핑 프로토콜 (Snooping protocols)• 각 캐쉬들이 버스의 읽기/쓰기를 감시

• 자기 캐쉬에 버스에 요청된 블록의 복사본이 유무 여부를 확인

디렉토리-기반 프로토콜 (Directory-based protocols)• 캐쉬와 메모리가 블록들의 공유 상태들을 디렉토리에 기록

타겟 시스템

캐쉬와 메모리가 블록들의 공유 상태들을 디렉토리에 기록

순천향대학교 컴퓨터공학과 6

ARM 아키텍처



ARM 소개ARM 소개

ARM 프로세서 ARM 프로세서

• ARM Ltd. (http://www.arm.com/)

• 프로세서 코어 설계회사세서 어 설계회사

• ARM 코어 설계를 전세계 파트너에게 판매

• ARM : Advanced RISC Machine

특징

• 32-비트 RISC 프로세서

• 작은 메모리, 저가격, 저전력

• 임베디드 프로세서 시장의 선두주자

• 이동 단말기(휴대폰, 스마트폰 등) 시장에서 채택

타겟 시스템순천향대학교 컴퓨터공학과 이 상 정 8


ARM 아키텍처 변천ARM 아키텍처 변천



구 ARM 프로세서 모델 명명법구 ARM 프로세서 모델 명명법

T Thumb 16‐비트 지원

D JTAG 디버깅 지원

M 고속 곱셈 기능 지원

I 내장형 ICE 매크로셀

E DSP 보조프로세서E DSP 보조프로세서

J JAVA Jazelle(Java 하드웨어 가속기)

F VFP(Virtual Floating Point) 지원

S 합성 버전



Cortex 프로세서 시리즈Cortex 프로세서 시리즈

Cortex-A 시리즈 Cortex A 시리즈• 고성능 운영체제 및 사용자 응용을 위한 어플리케이션 프로세서

• Coretxe-A7, Cortex-A8, Cortex-A9, Coretx-A15, , ,

• 멀티코아 지원 (MPCore)

Cortex-R 시리즈• 실시간 시스템을 위한 임베디드 프로세서

Cortex-M 시리즈• 저비용 응용들에 최적화된 임베디드 프로세서• 저비용 응용들에 최적화된 임베디드 프로세서

• Cortex-M3, Cortex-M4



Cortex-A9 프로세서 (1)Cortex A9 프로세서 (1)

ARMv7 ISA(Instruction Set Architecture) 구현 ARMv7 ISA(Instruction Set Architecture) 구현

2-이슈 수퍼스칼라 2-이슈 수퍼스칼라• 비순차 이슈(out-of-order issue)

• 8–11 파이프라인 스테이지8 11 파이 라인 테이지

32KB 4-way associative L1 I/D 캐시

NEON 미디어 프로세싱 엔진(media processing engine)• 범용 128-비트 SIMD(Single Instruction Multiple Data) 엔진

• 미디어 및 신호처리 가속화



Cortex-A9 프로세서 (2)Cortex A9 프로세서 (2)



Cortex-A9 MPCoreCortex A9 MPCore



ARM 레지스터와 동작모드ARM 레지스터와 동작모드

레지스터 레지스터

• 15개의 범용 32-비트 레지스터 (r0 - r14)

• 프로그램 카운터(r15)프로그램 카운터(r15)

• 상태 레지스터 (CPSR)들을 사용

동작 모드 동작 모드

• SVC(Supervisor): 리셋과 소프트웨어 인터럽트 처리

• FIQ (Fast Interrupt Request): 높은(fast) 우선순위 인터럽트 처리( p q ) ( )

• IRQ(Interrupt Request): 낮은(normal) 우선순위 인터럽트 처리

• ABT(Abort): 메모리 접근 위반 처리

• UND(Undefined): 정의되지 않은 명령 처리

• SYSTEM: 사용자모드와 같은 레지스터를 사용하는 privileged mode


• USER: 사용자 모드


ARM 레지스터 구성

FIQUser IRQ UndefSVC Abort

Usermode

r0

r1

r2moder0-r7,r15,andcpsr

r3

r4

r5

r6

Usermode

r0-r12,r15

Usermode

r0-r12,r15

Usermode

r0-r12,r15

Usermode

r0-r12,r15

r8

r9

r10

r8

r9

r10

r6

r7

r15,andcpsr

r15,andcpsr

r15,andcpsr

r15,andcpsr

r10

r11

r12

r13 (sp)

14 (l )

r10

r11

r12

r13 (sp) r13 (sp)

14 (l )

r13 (sp)

14 (l )

r13 (sp)

14 (l )

r13 (sp)

14 (l )r14 (lr)

spsr

r14 (lr)

r15 (pc)

cpsr

r14 (lr)

spsr

r14 (lr)

spsr

r14 (lr)

spsr

r14 (lr)

spsr

타겟 시스템

spsr spsr spsrspsr spsr

Note: System mode uses the User mode register set


ARM 산술 어셈블리 명령어 예ARM 산술 어셈블리 명령어 예

산술 명령 산술 명령

• 2진 덧셈, 뺄셈

• 오퍼랜드의 크기는 32비트오퍼랜드의 크기는 32비트

• ADD r1, r2, r3 ; r1 = r2+r3 -- ADD

• ADC r1, r2, r3 ; r1 = r2+r3+C -- ADD w/ carry

• SUB r1, r2, r3 ; r1 = r2-r3 -- SUB

SBC 1 2 3 1 2 3 C 1 SUB /• SBC r1, r2, r3 ; r1 = r2-r3+C-1 -- SUB w/ carry

• RSB r1, r2, r3 ; r1 = r3-r2 -- reverse SUB

• RSC r1, r2, r3 ; r1 = r3-r2+C-1 -- rev. SUB w/carryRSC r1, r2, r3 ; r1 r3 r2 C 1 rev. SUB w/carry

• MUL r1, r2, r3 ; r1 = r3×r2 -- 32bit multiply


메모리



메모리 분류메모리 분류

휘발성 메모리 (volatile memory) 휘발성 메모리 (volatile memory)• 전원이 켜져 있을 때만 데이터가 유지

• SRAM (Static Random Access Memory)• 전원이 공급되는 동안 래치에 저장된 데이터가 계속 유지

• DRAM (Dynamic Random Access Memory)• 시간이 지나면 전하가 방전되므로 데이터 유지를 위해 재충전(refresh)가

필요

비휘발성 메모리 (non-volatile memory) 비휘발성 메모리 (non volatile memory)• 전원이 꺼져 있어도 데이터가 유지

• ROM (Read Only Memory)

( )• 플래시메모리(flash memory)• RAM 처럼 읽고 쓰기가 용이하면서 ROM 처럼 비휘발성임



메모리 종류메모리 종류

IC 메모리의 종류전원이 on 일 때만,

IC 메모리의 종류데이터가 유지됨



DRAM 종류DRAM 종류

FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM)• 초창기 DRAM FPM램은 60~120ns의 접근속도• 초창기 DRAM, FPM램은 60~120ns의 접근속도

EDO DRAM (Extended Data Output DRAM)• 메모리의 특정 주소를 호출할 때 그 근처에 있는 주소까지 함께 읽어 순차적

읽기 속도를 개선읽기 속도를 개선

• FPM RAM보다 40 % 정도 개선

SDRAM (Synchronous DRAM)• 시스템 클럭의 속도에 동기해서 (맞추어서) 메모리의 데이터를 읽고 쓸 수 있

게 만든 DRAM

RDRAM (Rambus DRAM)

• 미국의 램버스사가 개발한 메모리

• "Rambus 채널"로 접속된 DRAM

DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM) DDR SDRAM (Double Data Rate Synchronous DRAM)

• 시스템 클럭의 상승, 하강 에지 모두에서 출력

• 한 번에 두 개의 정보를 주고 받을 수 있게 함으로써 기존 메모리 속도를


배로 늘리도록 설계


ROMROM

비휘발성 메모리 비휘발성 메모리

종류 종류• Mask ROM (Read Only Memory)

• 제조회사가 고객이 원하는 데이터를 공장에서 Mask를 만들어서 ROM을제작

• PROM (programmable ROM)

• 각 cell이 FUSE로 제작되어 사용자가 한번 프로그래밍• 각 cell이 FUSE로 제작되어 사용자가 한번 프로그래밍

• EPROM (erasable programmable ROM)

• 자외선으로프로그램지우고, 재 프로그래밍가능

• EEPROM (electrically erasable programmable ROM)

• 자외선이아닌전기적인신호로프로그램지움



플래시 메모리플래시 메모리

RAM 처럼 읽고 쓰기가 용이하면서 ROM 처럼 비휘발성으로 RAM 처럼 읽고 쓰기가 용이하면서 ROM 처럼 비휘발성으로NOR, NAND 플래시가 있음• 블록 내에서 특정 단위로 읽고 쓸 수 있지만, 블록 단위로 지워야 함

• 또한 덮어 쓸 수 없으므로, 모든 블록을 지우기 전까지는 해당 자료를변경할 수 없음

• 플래시 메모리 특성상 10,000에서 1,000,000까지 지울 수 있음

NOR 플래시• 임의 접근 방식으로 바이트 또는 워드 단위로 읽기/쓰기 동작이 가능

하지만 덮어 쓰기와 지우기 동작은 임의로 접근할 수 없음하지만 덮어 쓰기와 지우기 동작은 임의로 접근할 수 없음

• 용량이 작은 대신 속도가 빠르고, 프로그램 실행 가능

NAND 플래시래시• 페이지 단위로 읽기/쓰기 동작이 가능하지만 해당 페이지를 덮어 쓰

거나 지우려면 모든 블록을 지워야 함

• 용량이 큰 대신 속도가 느리고 RAM에 복사하여 사용


• 용량이 큰 대신 속도가 느리고, RAM에 복사하여 사용

ODROID-X2



ODROD-X2 소개ODROD X2 소개

ODROID• Open + AndroidOpen + Android

ODROID X2 개요 ODROID X2 개요• 삼성 Exynos4412-prime AP(Application Processor)

• 6 x High speed USB2.0 Host port

• 10/100Mbps Ethernet with RJ-45 LAN Jack



Exynos4412-prime AP 개요Exynos4412 prime AP 개요

스마트폰 모바일 통신 및 응용을 위해 최적화된 성능을 제공 스마트폰 모바일 통신 및 응용을 위해 최적화된 성능을 제공하는 모바일 AP(Application Processor)• 삼성 Galaxy-Note2 스마트폰에 사용y

AP 주요 모듈• 프로세서

• 1.7GHz Quad core ARM Cortex-A9 MPCore

• 2GB LPDDR2(low power DDR2) RAM• 2GB LPDDR2(low power DDR2) RAM

• 멀티미디어 지원

• I/O 인터페이스

• 시스템 주변장치(system peripheral)

• http://www.samsung.com/global/business/semiconductor/minisit /E /

타겟 시스템

te/Exynos/



Exynos4412-prime AP: 블록 다이어그램Exynos4412 prime AP 블록 다이어그램



Exynos4412-prime AP: 프로세서 플랫폼 (1)Exynos4412 prime AP 프로세서 플랫폼 (1)

ARM Cortex-A9 MPCore ARM Cortex A9 MPCore• ARMv7 ISA(Instruction Set Architecture) 구현

• 2-이슈 수퍼스칼라

• 비순차 이슈(out-of-order issue)

• 8–11 파이프라인 스테이지

32KB 4 i ti L1 I/D 캐시• 32KB 4-way associative L1 I/D 캐시

• NEON 미디어 프로세싱 엔진(media processing engine)

• 범용 128-비트 SIMD(Single Instruction Multiple Data) 엔진( g p )

• 미디어 및 신호처리 가속화

• http://www.arm.com/products/processors/technologies/neon.php

htt :// / d t / / t / t• http://www.arm.com/products/processors/cortex-a/cortex-a9.php



Exynos4412-prime AP: 프로세서 플랫폼 (2)Exynos4412 prime AP 프로세서 플랫폼 (2)

메모리 메모리• 64KB iROM, 256KB iRAM

• 2GB LPDDR2(low power DDR2) RAM( p )

• DMC (Dynamic Memory Controller)

• PoP(package-on-package)

1 MB L2 캐시 1 MB L2 캐시

VFPv3ARM Fl ti P i t hit t• ARM Floating Point architecture

• 부동소수점 연산 하드웨어 지원

• http://www arm com/products/processors/technologies/vector-http://www.arm.com/products/processors/technologies/vectorfloating-point.php



Exynos4412-prime AP: 멀티미디어Exynos4412 prime AP 멀티미디어

ARM Mali-400 MP ARM Mali 400 MP• 440MHz Quad-core GPU

• 2D, 3D 그래픽 가속기(accelerator), ( )

• http://www.arm.com/products/multimedia/mali-graphics-hardware/mali-400-mp.php

2 그래픽 엔진 2D 그래픽 엔진

( ) MFC (Multi Format Codec)• MPEG-2/4, H.263, H.264 인코딩/디코딩

1080p@30fps (Full HD)• 1080p@30fps (Full HD)

JPEG 코덱• JPEG 인코딩/디코딩

타겟 시스템

• JPEG 인코딩/디코딩



Exynos4412-prime AP: I/O 인터페이스 (1)Exynos4412 prime AP I/O 인터페이스 (1)

USB 2 0 USB 2.0• USB 호스트/디바이스 (마스터/슬레이브)

• OTG (On The Go) 컨트롤러( )

• HSIC(High Speed Interconnect) USB 2.0 추가 사양

• ICC(Inter-Chip Connectivity) 기술 채택

고속 저전력 실리콘 면적 최소화– 고속, 저전력, 실리콘 면적 최소화

eMMC (Embedded MultiMedia Card)• 저장용 메모리 반도체저장용 메모리 반도체

SPI (Serial Peripheral Interface)

UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter) UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)

HDMI (High-Definition Multimedia Interface)

JTAG (Joint Test Action Group)

타겟 시스템

JTAG (Joint Test Action Group)




I2C (Inter-Integrated Circuit) 버스 인터페이스 I2C (Inter Integrated Circuit) 버스 인터페이스• 필립스(NXP)에서개 발한 저속 소자간 통신 버스 인터페이스

• PMIC (Power Management IC), 카메라 제어, 각종 센서, 진동 모터( g ), , ,등이 사용

I2S (Integrated Interchip Sound)• 디지털 오디오 장치의 지렬 버스 표준 통신 인터페이스

• 사운드 입출력(이어폰, 스피커, 마이크)를 담당하는 오디오 코덱 IC 연결 인터페이스연결 인터페이스

SDIO (Secure Digital Input/Output) 인터페이스• SDA 협회에서 만든인터페이스방식으로 주로 SD/SDHC 메모리카드회에서 터페이 방식 주 / 메 리카

를 연결하기 위해 사용

GPIO (General Purpose Input/Output)




MIPI (Mobile Industry Processor Interface) MIPI (Mobile Industry Processor Interface)• SLIMbus (Serial Low-power Inter-chip Media Bus)

• DSI (Display Serial Interface)( p y )

• CSI (Camera Serial Interface)



Exynos4412-prime AP: 시스템 주변장치Exynos4412 prime AP 시스템 주변장치

EBI (External Bus Interface) EBI (External Bus Interface)

PLL/OSC (PhaselLocked Loop/Oscillator)• 시스템 클럭 생성시스템 클럭 생성

DMA (Direct Memory Access)

타이머(Timer) 타이머(Timer)

ADC (Analog-to-Digital Conversion)• PWM (Pulse Width Modulation)PWM (Pulse Width Modulation)



ODROID-X2 블록 다이어그램ODROID X2 블록 다이어그램



ODROID-X2 보드ODROID X2 보드



ODROID-X2 메모리 구성ODROID X2 메모리 구성

iROM (Internal ROM) iROM (Internal ROM)• 64 KB ROM

• 안전한 부팅(secure booting) 용도( g)

iRAM (Internal RAM)• 256 KB SRAM

• 보안 기능 (secure function)

RAM• 2GB LPDDR2(low power DDR2) RAM

• Dynamic Memory Controller• Dynamic Memory Controller



메모리 맵메모리 맵



과제과제

앞에서 소개된 ODROD-X2 보드의 타겟 시스템 내용 중에 앞에서 소개된 ODROD X2 보드의 타겟 시스템 내용 중에소개 또는 소개되지 않는 내용(프로세서, 메모리, 인터페이스 등) 하나를 임의로 선택하여 (소개된 내용보다) 상세하게기술하라.

삼성의 최신 Exynos 프로세서인 다음 중 하나를 선택하여 조사하고, Exynos4412와 비교 기술하라.• Exynos 5 Octa - Exynos 5422 프로세서

• Exynos 5 Hexa


6. 타겟시스템하드웨어 - 순천향대...

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