AM186EM处理器的地址空间优化及应用

徐劲松，管燕萍，汤新柱

(中兴通讯 上海研发中心，上海201203)



AM186EM处理器的地址空间优化及应用

徐劲松，管燕萍，汤新柱

(中兴通讯 上海研发中心，上海201203)

AM186EM；CPU；地址空间

引 言

随着通信技术的迅速发展，各种新业务层出不穷，电信运营商对通信设备的功能需求日益增多，因此，通信设备经常需要升级软件版本，而随着功能的日趋完善，软件版本所需的存储空间越来越大。电信级的通信设备对实时性的要求很高，往往需要较大的内存来存储实时数据，因此，通信设备中往往配置尽可能多的内存。另一方面，激烈的竞争促使各通信设备制造商尽可能采用物美价廉的器件以降低设备成本。一些廉价而高性能的处理器获得了广泛的应用，然而这一类处理器的寻址空间往往是有限的。AM186EM处理器由于其低成本、高性能，在基于x86架构的嵌入式系统及通信设备中获得了广泛应用。

1 AM186EM处理器及通用设计

AM186EM处理器只有20位地址的寻址空间，即存储器的寻址范围只有1M空间，包括内存RAM、程序存储器FLASH以及外围存储器(如双口RAM等)映射到存储器的寻址范围。

图1 AM186EM处理器的寄存器设置图

图1是AM186EM处理器的寄存器设置图，可以分别设置高端存储器片选(Upper Memory Chip Select，UMCS)寄存器、低端存储器片选(Lower Memory Chip Select，LMCS)寄存器、中端存储器片选(Midrange Memory Chip Select，MMCS)寄存器以及辅助(PCS and MCS Auxiliary，MPCS)寄存器这4个寄存器的地址范围，而且UMCS、LMCS和MMCS寄存器可以针对不同设备的读写速率分别设置不同的等待状态。

图2 采用AM186EM处理器的通信设备的设计框图

这种设计的缺点是：假设通信设备对RAM的需求很大，需要设置LMCS寄存器的选通范围为处理器允许设置的最大RAM容量，即512K内存。因此，FLASH和外围存储器共用另外的512K的地址范围。但是设置UMCS寄存器时只能选择64K、128K、256K或512K的地址范围，而外围存储器的地址范围一般用不到256K的地址范围(例如只使用了64K)。这样，系统的FLASH容量往往受限于256K的空间，因此系统若要增加新的业务处理程序，却则会受到很大限制，而另一方面，AM186EM处理器的1M寻址空间中有些地址空间未使用。

同样，对于另一类通信设备，如果系统最初的地址空间分配已经设置UMCS寄存器的选通范围为处理器允许设置的最大FLASH容量(即512K FLASH)，则内存和外围存储器共用另外的512K的地址范围。但是设置LMCS寄存器时只能选择64K、128K、256K或512K的地址范围，而外围存储器的地址范围一般用不到256K的地址范围(例如只使用了64K)。这样，系统的RAM容量往往受限于256K的空间，因此系统若因新的业务处理程序需要更大的内存，则会受到很大限制，而另一方面AM186EM处理器的1M寻址空间中有些地址空间也未使用。

2 基于AM186EM的地址空间优化应用

针对AM186EM处理器，提供了一种地址空间优化的应用，可以扩展FLASH或者内存的可用空间，最大化利用处理器提供的地址空间范围。以采用了最大RAM容量(512K)的通信设备为例，对扩展该设备FLASH容量的情况进行详细说明。对于采用了最大FLASH容量(512K)的通信设备，如何扩展该设备的RAM容量，其实现原理是类似的。

图3 基于AM186EM处理器的采用地址空间优化的通信设备的设计框图

图3是基于AM186EM处理器的采用地址空间优化的通信设备的设计框图。对于采用最大RAM容量的通信设备，设置对应选通RAM地址范围的低端寄存器，使处理器能够选通允许设置的最大RAM容量(512K)。接下来，使FLASH和外围存储器(如双口RAM等)共享处理器高端寄存器允许设置的最大容量(512K)，这样，除去外围存储器所需的容量外，剩余的空间可以全部作为FLASH的寻址空间。

FLASH和外围存储器的访问速率不同，为了避免处理器访问FLASH或内存时与访问外围存储器时采用同样的等待周期(以访问速率低的为标准)从而影响到系统的性能，不能通过设置UMCS寄存器引入统一的等待状态。可以采用在可编程器件CPLD中产生两个不同的Ready信号，针对FLASH和外围存储器的访问引入不同的延时，两个Ready信号通过一个二选一的算法(根据是FLASH的地址范围，还是外围存储器的地址范围)输入到AM186EM处理器的异步Ready信号输入端(ARDY)。

图4是输入到AM186EM处理器的ARDY输入端的Ready信号的产生时序图。对于AM186EM处理器而言，一般情况下，一个指令周期等于4个时钟周期。引入外部Ready信号后，处理器会从指令的第三个时钟周期开始采样Ready信号的状态，若Ready信号有效(高电平)，则在下一个时钟周期操作相应的设备；若Ready信号无效(低电平)，则不执行任何操作，在下一个时钟周期再次采样Ready信号的状态。因此，Ready信号产生的原理是针对不同的设备通过低电平产生合适的延时后，再通过高电平使信号有效，这样，处理器在下一个时钟周期就可以操作该设备了。

图4 ARDY输入端的Ready信号的产生时序图

结 语

[1] AMD. AM186EM and AM188EM Microcontrollers User’s Manual[EB/OL].[2015-01].http://support.amd.com/TechDocs/19713.pdf#.

徐劲松(高级工程师)，研究方向为通信固网产品的系统设计和规划。

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研华科技在昆山协同创新研发中心举办“WISE-Cloud物联网云平台联盟发表会暨大数据商机论坛”。凭借在硬件领域31年的经验和基础，研华在大会中首次成立WISE-Cloud物联网智慧云平台联盟，为系统集成商和设备制造商打造一个稳定、快速、整合、模块化的开发运营环境，CIXING、安杰信息、上海煦辉、海得控制、银晟伟业、金自天正、米兰技术七家分别从事数字标牌、智慧物流、智能制造、综合监控、机器人等领域的合作伙伴，首批进驻WISE-Cloud物联网智慧云平台联盟。

Address Range Optimization and Application Based on AM186EM

Xu Jinsong,Guan Yanping,Tang Xinzhu

(Shanghai R&D Center,ZTE Company,Shanghai 201203,China)

AM186EM;CPU;address range

TN915

A

迪娜

2015-01-07)