數(shù)據(jù)cache的容量從8kb增加到32kb；

指令cache的容量從16kb增加到32kb；

微小數(shù)據(jù)cache的容量從512b增加到2kb；

為了提高指令的執(zhí)行速度，超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)由5級(jí)增至7級(jí)；

新增乘/加法器mac和特定的dsp型協(xié)處理器cp0，以提高對(duì)多媒體技術(shù)的支持；

動(dòng)態(tài)電源管理，使xscale處理器的時(shí)鐘可達(dá)1ghz、功耗1.6w，并能達(dá)到1200mips。 
　　xscale微處理器架構(gòu)經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，核心采用了英特爾先進(jìn)的0.18μm工藝技術(shù)制造；具備低功耗特性，適用范圍從0.1mw～1.6w。同時(shí)，它的時(shí)鐘工作頻率將接近1ghz。 xscale與strongarm相比，可大幅降低工作電壓并且獲得更高的性能。具體來講，在目前的strongarm中，在1.55v下可以獲得133mhz的工作頻率，在2.0v下可以獲得206mhz的工作頻率；而采用xscale后，在0.75v時(shí)工作頻率達(dá)到150mhz，在1.0v時(shí)工作頻率可以達(dá)到400mhz，在1.65v下工作頻率則可高達(dá)800mhz。超低功率與高性能的組合使intel xscale適用于廣泛的互聯(lián)網(wǎng)接入設(shè)備，在因特網(wǎng)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，從手持互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)品，intel xscale都表現(xiàn)出了令人滿意的處理性能。

2 pxa250的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

　　intel xscale pxa250結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 

2.1 pxa250處理器的主要特點(diǎn)

(1)高性能

低功耗，高性能的32位intel xscale處理器內(nèi)核，工作頻率高達(dá)400mhz；

兼容armv5te架構(gòu)；

采用7級(jí)超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；

支持多媒體處理技術(shù)，采用40位累加器和16位乘法器,以增強(qiáng)對(duì)音頻和視頻的解碼能力；

提供支持同步intel strataflash存儲(chǔ)器的高性能分幀和分頁模式接口。 
(2)低功耗

多電源管理模式；

32kb數(shù)據(jù)和32kb指令cache；

2kb的微小數(shù)據(jù)cache；

支持2.5v和3.3v的存儲(chǔ)器。 
(3)i/o擴(kuò)展

100mhz存儲(chǔ)器總線，6個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)空間(16或32位rom(smrom)/flash/sram)，4個(gè)動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)分區(qū)(16或32位sdram)；

支持2個(gè)pcmcia 或 compact flash槽。 
(4)外圍控制模塊

16通道可配置dma控制器；

lcd控制器，獨(dú)有的支持對(duì)快變彩屏的dma方式；

920kbps bluetooth接口；

串行端口(irda、i2c、i2s、ac97、3個(gè)uarts、spi 和ssp)；

usb接口；

支持mmc/sd卡。 
(5)時(shí)鐘控制
五種時(shí)鐘源：

32.768khz振蕩器；

3.6864mhz振蕩器；

可編程的內(nèi)核鎖相環(huán)；

95.85mhz外圍固定頻率鎖相環(huán)；

147.46mhz固定頻率鎖相環(huán)。 
(6)電源管理
運(yùn)行模式(正常處理模式)、turbo模式(運(yùn)行于400mhz)、空閑模式(下電)、睡眠模式(下電)。

(7)封裝形式
17mm×17 mm 256腳pbga封裝。

2.2 intel xscale內(nèi)核

　　intel xscale cpu內(nèi)核采用帶有一個(gè)增強(qiáng)型存儲(chǔ)器管道的超級(jí)流水線risc處理器架構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)。這款新型高性能、低功耗的微構(gòu)架兼容armv5te isa指令集(不支持浮點(diǎn)指令集)。這種微構(gòu)架在arm核的周圍提供了指令與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理單元，指令、數(shù)據(jù)和微小數(shù)據(jù)cache，寫緩沖、全緩沖、掛起緩沖和分支目標(biāo)緩沖器，電源管理，性能監(jiān)控、調(diào)試和jtag單元以及協(xié)處理器接口，mac協(xié)處理器和內(nèi)核存儲(chǔ)總線。

　　超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)是由整型管道、存儲(chǔ)器管道和mac管道構(gòu)成。整型管道包括7級(jí)流水線結(jié)構(gòu)，取指令1(分支目標(biāo)緩沖器)→取指令2→譯碼→寄存/移位→alu實(shí)現(xiàn)→狀態(tài)執(zhí)行→回復(fù)；存儲(chǔ)器管道除包括整型管道的前5級(jí)外，后接3個(gè)高速緩存，數(shù)據(jù)cache1、數(shù)據(jù)cache2和數(shù)據(jù)回復(fù)cache，共8級(jí)流水線結(jié)構(gòu)；mac管道是6~9級(jí)的流水線結(jié)構(gòu)，包括整型管道的前4級(jí)和4級(jí)mac段，以及一個(gè)數(shù)據(jù)回復(fù)cache，其中mac2-4的選通由數(shù)據(jù)決定。流水線結(jié)構(gòu)級(jí)數(shù)越多越能提高指令的執(zhí)行速度，使用分支目標(biāo)緩沖器的目的在于成功的預(yù)知分支指令的 結(jié)果。128個(gè)入口的分支目標(biāo)緩沖器的每個(gè)入口都包含了分支指令的地址、與分支指令相聯(lián)系的目標(biāo)地址以及該分支的執(zhí)行情況，它由協(xié)處理器15使能。分支目標(biāo)緩沖器的使用旨在避免超級(jí)流水線結(jié)構(gòu)中的分支延遲。

　　pxa250 cpu的mm(immu和dmmu)均提供了一個(gè)32項(xiàng)的轉(zhuǎn)換旁路緩存器(itlb和dtlb)，它們的每一項(xiàng)均可映射存儲(chǔ)器中的段、大頁和小頁。為了保證內(nèi)核周期的存取指令和數(shù)據(jù)，pxa250包含了1個(gè)32kb的指令cache和1個(gè)32kb的數(shù)據(jù)cache。另外，為了避免數(shù)據(jù)cache內(nèi)數(shù)據(jù)流存取的頻繁變化，還提供了1個(gè)2kb的微小數(shù)據(jù)cache。指令和數(shù)據(jù)cache都是具有32個(gè)入口和32路相聯(lián)的cache，每路均包含1個(gè)標(biāo)志地址，32字節(jié)的高速緩存隊(duì)列和1個(gè)有效位，采用循環(huán)方式進(jìn)行刷新存儲(chǔ)。微小數(shù)據(jù)cache是1個(gè)具有32個(gè)入口和2路相聯(lián)的cache，同樣采用循環(huán)方式進(jìn)行刷新存儲(chǔ)。

　　pxa250內(nèi)核還提供了4個(gè)入口的全緩沖和掛起緩沖，用于提升內(nèi)核性能，與數(shù)據(jù)cache和微小數(shù)據(jù)cache協(xié)同工作。此外，1個(gè)8入口的寫緩沖，每個(gè)入口可保存16字節(jié)，它從內(nèi)核、數(shù)據(jù)cache或微小數(shù)據(jù)cache中得到數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)總線選通前，暫存數(shù)據(jù)。

2.3 系統(tǒng)控制功能

　　pxa250的系統(tǒng)控制模塊提供了實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門狗及間隔定時(shí)器、功率管理控制器、中斷控制器、復(fù)位控制器和2個(gè)片上振蕩器。該系統(tǒng)定時(shí)器支持源自sa-11x0處理器的定時(shí)器單元，os定時(shí)器使用3.6864mhz振蕩器，包含了4個(gè)定時(shí)匹配寄存器(osmr)、1個(gè)定時(shí)狀態(tài)寄存器(ossr)和1個(gè)定時(shí)中斷使能寄存器(oier)。看門狗定時(shí)中斷可以通過激活os定時(shí)看門狗使能寄存器(ower)來實(shí)現(xiàn)。
中斷控制器處理的所有中斷源，有兩個(gè)中斷類型：中斷請(qǐng)求(irq)和快速中斷請(qǐng)求(fiq)。中斷控制器可以根據(jù)掩碼寄存器的值，允許cpu被中斷或保持預(yù)中斷。中斷控制器中的每一個(gè)寄存器都是1比特映射，并且每一比特均被預(yù)先分配給不同的中斷源。

2.4 時(shí)鐘和電源管理

　　為了達(dá)到處理性能和能量消耗之間比例的最優(yōu)化，用時(shí)鐘和電源管理器來控制不同模塊的時(shí)鐘頻率并處理不同能量管理操作模式之間的轉(zhuǎn)化。時(shí)鐘和電源管理器為每一個(gè)外設(shè)提供了固定的時(shí)鐘，并且為lcd控制器、存儲(chǔ)器控制器和cpu提供了可編程的頻率時(shí)鐘，這些時(shí)鐘均來自內(nèi)部鎖相環(huán)時(shí)鐘源。時(shí)鐘管理器還可通過關(guān)閉不用設(shè)備的時(shí)鐘來減少功率損耗。

　　電源管理提供了四種工作模式：turbo模式、運(yùn)行模式、空閑模式和睡眠模式。turbo模式下，cpu核運(yùn)行在峰值頻率，為避免內(nèi)核對(duì)外部存儲(chǔ)器的等待時(shí)間，在該模式下，很少對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取；運(yùn)行模式下，cpu核運(yùn)行于正常標(biāo)準(zhǔn)頻率，可以假定內(nèi)核不斷地對(duì)外部存儲(chǔ)器進(jìn)行存取，運(yùn)行速率的減慢對(duì)于性能與功耗的******平衡是有利的；在空閑模式下，暫停到cpu的時(shí)鐘，但是使能到外圍器件的時(shí)鐘；睡眠模式下，整個(gè)系統(tǒng)將處于最低功耗狀態(tài)，要喚醒睡眠狀態(tài)必須重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

2.5 存儲(chǔ)器和pcmcia/compact flash控制模塊

　　pxa250處理器的外部存儲(chǔ)器總線接口支持同步動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器(sdram)、同步和異步分頁模式段、頁模式閃存、同步掩碼只讀存儲(chǔ)器(smrom)、頁模式rom、sram、靜態(tài)段支持可變等待時(shí)間的i/o設(shè)備(vlio)、16位的pc卡擴(kuò)展存儲(chǔ)器和compact flash。存儲(chǔ)器的類型可通過存儲(chǔ)器接口配置寄存器決定。

2.6 外圍控制模塊

　　pxa250處理器定義了16個(gè)通道的dma控制器。它可響應(yīng)內(nèi)部和外部設(shè)備的請(qǐng)求，完成數(shù)據(jù)從主存儲(chǔ)器中讀出與寫入。dmac用于外圍設(shè)備與存儲(chǔ)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

　　lcd控制器提供了支持雙掃描無源陣列彩顯(dstn，俗稱偽彩)或有源陣列彩顯(tft，俗稱真彩)屏的接口，并支持單色和多色素格式。它擁有自己獨(dú)立的雙通道dma控制器，兩路通道分別用于單面板和雙面板顯示。******支持顯示分辨率為1024×1024像素，推薦最高分辨率為800×600像素。在無源單色模式下，最高支持256級(jí)灰度。對(duì)于彩色顯示，不管有源還是無源模式，最高均支持65536種顏色。lcd控制器將幀緩存中的像素編碼值，對(duì)應(yīng)于16位寬的256個(gè)入口的調(diào)色板ram，根據(jù)數(shù)據(jù)寬度決定彩色的數(shù)量。

　　pxa250處理器支持的串口包括：基于通用串行總線1.1版本的usb客戶服務(wù)模塊接口，它最高支持16個(gè)端點(diǎn)外掛，并提供了1個(gè)48mhz的內(nèi)部時(shí)鐘；3個(gè)通用異步收發(fā)口(uart)，最高速率230kbps的全功能uart(完備的握手信號(hào))，最高速率921kbps藍(lán)牙uart和標(biāo)準(zhǔn)uart；高速紅外通信口(ficp)半雙工，速率4mbps，執(zhí)行4ppm標(biāo)準(zhǔn)；ac97控制器支持ac97 2.0修訂版本的多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器，ac97控制器對(duì)于立體pcm輸入輸出，modem輸入輸出和單一的麥克風(fēng)輸入都提供了單獨(dú)的16位通道；i2s控制器為數(shù)字立體聲標(biāo)準(zhǔn)i2s多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器提供了串行連接，復(fù)用ac97控制器引腳；i2c總線接口提供了2個(gè)引腳的通用串行通信端口，2個(gè)引腳分別用于數(shù)據(jù)地址和時(shí)鐘；另外，提供了2個(gè)支持mmc或spi協(xié)議，高達(dá)20mbps串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膍mc卡接口和一個(gè)ssp接口。ssp邏輯接口支持national microwire協(xié)議、texas instruments協(xié)議、同步串行協(xié)議(ssp)和motorola spi協(xié)議，所有這些協(xié)議都用于a/d轉(zhuǎn)換、音頻和電信多媒體數(shù)字信號(hào)編解碼器和其它滿足串行數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議的設(shè)備。

3 研華最新推出的xscale單板計(jì)算機(jī)pcm-7210

　　pcm-7210是一款集成intel xscale低功耗risc處理器pxa250的單板計(jì)算機(jī)。它由一塊支撐板和一塊cpu板構(gòu)成，在cpu板上集成了處理器pxa250、64mb的sdram和32mb的flash存儲(chǔ)器，其它的外圍器件均置于支撐板之上，包括10mbps以太網(wǎng)接口，4個(gè)全功能rs-232和1個(gè)rs-485串行接口，ac97音頻接口，2個(gè)usb主機(jī)端和1個(gè)客戶端，數(shù)字i/o引腳和cf/pcmcia擴(kuò)展插槽。此外，還有支持lcd/crt顯示的接口以及智能電源接口。pcm-7210功能框圖如圖2所示。