第一章 概述
1.1 简介
玄铁E801是平头哥半导体有限公司自主研发的现有玄铁800系列中成本最低、功耗最小的嵌入式CPU核。E801基于C-SKY V2自主指令架构与 16/32 位混合编码系统，采用极度精简的指令集结构，提供 70 多条核心指令，取得最优的代码密度和
芯片成本，并且通过精心设计的流水线架构与创新机制，实现最小化的成本和功耗。E801 主要面向物联网（IoT），
智能传感器等嵌入式领域。
E801 采用 16/32 位混合编码的 RISC 指令集，实现 C-SKY V2指令架构中 65 条 16 位指令和部分 32 位指令。其中16位指令集的优势是低成本、高代码密度，缺点是索引和立即数范围较小。32 位指令集的优势是立即数和相对跳转偏移量宽、操作数多、性能强。在实际使用中，C-SKY 编译器根据编译优化的实际需求，有选择的选用16位和32位指令。用户在使用汇编指令时，仅需要按照需求书写统一格式的助记符。汇编器将根据实际情况自动选择 16 位或者 32位指令，指令宽度对用户透明。
1.2 特点
E801 处理器体系结构的主要特点如下：
• RISC 精简指令结构；
• 高性能的 32 位数据长度，32 位或 16 位可变的指令长度；
• 2 级流水线架构，单发射机制；
• 冯诺依曼存储结构，单条总线访问指令存储器和数据存储器；
• 可配置的硬件乘法器，支持 1 个周期快速产生乘法结果；
• 单周期指令和数据存储器访问；
• 支持硬件可配置内存保护区域（0-8）；
• 支持 AHB-Lite 总线协议，支持用户存储子系统扩展；
• 可配置的紧耦合系统 IP 支持，包括可嵌套中断控制器、定时器等；
• 可配置的可信防护技术；
• 支持大端模式和小端模式；
• 支持可配置的片上在线硬件调试接口。
E801 在 SMIC 0.13um 工艺下性能参数如下（频率优化）：
• 工作频率 30MHz（最恶劣情况）；
• CPU 核面积约 9K 等效门；
• 动态功耗小于 10 uW/MHz；
• 性能：0.6D
MIPS/MHz。
1.4 可调式性设计
E801使用JTAG（2线）设计硬件调试接口。E801支持所有常见的调试功能，包括软断点、内存断点，改寄存器检查和修改、存储器检查和修改，指令单步跟踪与多步跟踪、程序流跟踪等。具体请详见第八章——调试接口。
第二章 微体系结构
2.1 结构框图
E801 处理器采用 2 级流水线结构。指令取指阶段主要负责从内存中获取指令，并对 16/32 位变长指令进行简单预译码，同时指令发射到下一级流水线；指令执行阶段主要负责指令的执行和结果的回写。E801 中内存数据的存取划分为两个步骤，分别为地址的产生和内存的访问，最快支持在一个时钟周期内完成存储器的访问。
可配置的内存管理单元支持超级用户自定义内存空间的访问权限，权限划分为：不可读写/只读/可读写，可执行/不可执行，也可以设置为安全区与非安全区。
硬件辅助调试单元支持各种调试方式，包括软件设置断点方式、内存断点方式、单步和多步指令跟踪等 7 种方式，可在线调试 CPU、通用寄存器（GPR）、协处理器 0（CP0）和内存。
片内外存储资源包括片上紧耦合的 IP 接口和系统总线接口。紧耦合存储器接口用于用户自定义功能扩展，片上紧耦合的 IP 接口下设计有中断控制器（VIC）、系统计时器（CoreTIM）。矢量中断控制器支持/8/16/24/32 个中断源，支持电平和脉冲两种中断方式。系统计时器提供 1 个 24 位的循环递减计数器，计数器按照 CPU 时钟或者外部参考时钟递减计数，计数到 0 时产生中断请求。
2.3 可信防护技术
E801 面向安全领域，设计了可信防护技术，可用于系统的安全防护，主要特征包括：
• 基于同一物理处理器核，虚拟化出两个世界，分别为安全世界和非安全世界；
• 支持软件形式对存储器和 I/O 空间进行两个世界的空间划分；
• 支持可信中断；
• 支持可信调试；
• 支持可信引导；
2.4 紧耦合 IP 架构
为了提高 E801 的系统集成度，方便用户集成与开发，E801 实现了一系列与 CPU 核关系密切的系统 IP，这些 IP统称为紧耦合 IP（Titly Coupled IP，TCIP）。E801 的紧耦合 IP 包括系统计时器 CoreTim、矢量中断控制器 VIC。
矢量中断控制器的主要特征包括：
• 中断数量硬件可配置，支持 8/16/24/32 个中断源；
• 中断优先级软件可定义，可定义 4 个级别优先级；
• 支持硬件中断嵌套；
• 支持电平和脉冲两种中断源信号。
系统计时器的主要特征包括：
• 1 个 24 位的计数器；
• 支持输入时钟可选择，可以选择 CPU 时钟或外部输入时钟；
• 支持中断产生。
更多详细内容请下载
玄铁E801用户手册_v03.pdf
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发表于 2021-12-22 11:09
