ARMベース・システムLSI開発の事例研究　――CPUの選択，バス構成，グラフィックス処理やビデオ表示制御の取り扱い

● バス内のマスタの優先順位は固定

　ところで表4を見ると，レディ信号として，HREADYとHREADYOUTの2本があることがわかります．スレーブ側でそのデータ処理が間に合わないとき，バスのデータ・フェーズを延ばすために出力するのがHREADYOUTです．一方，HREADYはスレーブへの入力信号になっています．これはスレーブが前サイクルで選択されていたほかのスレーブへのアクセスが終了するタイミングを知り，次の自分の転送データの準備を行うために使います．各スレーブからのHREADYOUTはマルチプレクサでまとめられ，グローバルHREADYとして全マスタに伝えられるとともに，全スレーブへのHREADY入力になります．多くのケースでは，スレーブがデータ・フェーズを延ばすためのHREADYOUTだけを用いるようです．本LSIでもHREADYOUTしか使っていません．

　本LSIのマルチレイヤAHBには，図1に示したように，CPUの命令ポートとデータ・ポートを含めてマスタが6個接続されています．各マスタは勝手にアクセスを発生させるので，同じスレーブに対するアクセスが競合する場合は，このバス内で優先順位の調停が必要です．マルチレイヤAHB上のマスタの優先順位は，「ラウンドロビン方式」と「固定方式」を設計時に選択します．本LSIでは，VDCによるグラフィックス表示のためのフレーム・メモリのアクセスが最優先なので，以下のように固定にしました．

　　　VDC ＞ HDMAC ＞ GDP ＞ AAD（DMA機能） ＞ ARM926データ ＞ ARM926命令

　さて，本LSIの設計において，このバスで苦労した点があります．本LSIはグラフィックス処理チップなので，フレーム・メモリが置かれるSDRAMをアクセスするバス帯域がシステム性能を左右します．このため，CPUの動作周波数とマルチレイヤAHBの動作周波数を同一かつ最大にしたいと考えました．テレビ表示を考えているので，選択できる周波数はビデオ・クロック27MHzの整数倍（81MHz，108MHz，135MHz，...）に限定されます．本LSIが採用する0.18μmプロセスでは，ARM926コアは余裕で108MHz動作しますが，一般のARMのシステムLSIでは，AHBバスの動作周波数はCPUの半分にするケースが多いようで，バスはタイミング的に108MHzで動かせる特性を持っていませんでした．かなり苦労しましたが，各モジュールの論理段数の削減やレイアウトのくふうにより，バスも108MHzで動作させるようにしました．