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Rev 2
December 2005
1/55
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SPEAR-09-H022
SPEArTM Head
ARM 926, 200K customizable eASICTM gates, large IP portfolio SoC
Features
ARM926EJ-S - f
MAX
266 MHz,
32 KI - 16 KD cache, 8 KI - KD tcm, ETM9 and
JTAG interfaces
200K customizable equivalent ASIC gates
(16K LUT equivalent) with 8 channels internal
DMA high speed accelerator function and 112
dedicated general purpose I/Os
Multilayer AMBA 2.0 compliant Bus with
f
MAX
133 MHz
Programmable internal clock generator with
enhanced PLL function, specially optimized for
E.M.I. reduction
16 KB single port SRAM embedded
Dynamic RAM interface:
16 bit DDR, 32 / 16 bit SDRAM
SPI interface connecting serial ROM and Flash
devices
2 USB 2.0 Host independent ports with
integrated PHYs
USB 2.0 Device with integrated PHY
Ethernet MAC 10/100 with MII management
interface
3 independent UARTs up to 115 Kbps
(Software Flow Control mode)
I
2
C Master mode - Fast and Slow speed
6 General Purpose I/Os
ADC 8 bits, 230 Ksps, 16 analog input
channels
Real Time Clock
WatchDog
4 General Purpose Timers
Operating temperature: - 40 to 85 C
Package: PBGA 384+36 6R (23x23x2.16 mm)
Overview
SPEAr Head is a powerful digital engine
belonging to SPEAr family, the innovative
customizable System on Chips.
The device integrates an ARM core with a large
set of proven IPs (Intellectual Properties) and a
configurable logic block that allows very fast
customization of unique and/or proprietary
solutions, with low effort and low investment.
Optimized for embedded applications.
Order codes
PBGA420
Part number
Op. Temp. range,
C
Package
Packing
SPEAR-09-H022
-40 to 85
PBGA420 (23x23x2.16 mm)
Tray
www.st.com
SPEAR-09-H022
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Contents
1
Reference Documentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2
Product Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
3
Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.1
CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.2
INTERNAL BUS STRUCTURES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.3
CLOCK SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.4
INTERRUPT CONTROLLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.5
MEMORY SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
3.6
HIGH SPEED CONNECTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.7
LOW SPEED CONNECTIVITY . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.8
GENERAL POURPOSE I/Os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.9
ANALOG TO DIGITAL CONVERTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.10
REAL TIME CLOCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
3.11
WATCHDOG TIMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.12
GENERAL PURPOSE TIMERS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.13
CUSTOMIZABLE LOGIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
4
Pin Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.1
FUNCTIONAL PIN GROUPS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
4.2
SPECIAL IOs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.1
USB 2.0 Transceiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.2.2
DRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
5
Power On Sequence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1
SPEAr Head SW ARCHITECTURE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1.1
BOOT PROCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5.1.2
BOOTING SEQUENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
6
IP Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.1
ARM926EJ-S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
6.2
CLOCK AND RESET SYSTEM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
SPEAR-09-H022
3/55
6.2.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
6.2.2
RESET AND PLL CHANGE PARAMETERS SEQUENCE . . . . . . . . . . . . . . 30
6.3
VECTORED INTERRUPT CONTROLLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.3.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
6.3.2
INTERRUPTR SOURCES IN SPEAr Head . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6.4
MULTI-PORT MEMORY CONTROLLER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.4.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
6.4.2
MULTI-PORT MEMORY CONTROLLER DELAY LINES . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6.4.3
SSTLL PIN CONFIGRATION REGISTER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.5
SPI MEMORIES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.6
DMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.6.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
6.6.2
DMA CONTROL STATE MACHINE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6.7
USB 2.0 HOST . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.7.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
6.8
USB 2.0 DEVICE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.8.1
OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.9
ETHERNET MAC 110 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
6.10
UART . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
6.11
I
2
C . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.11.1 OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.11.2 I
2
C OPERATING MODE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.11.3 I
2
C FUNCTIONAL DESCRIPTION . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
6.12
GENERAL POURPOSE I/Os . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
6.13
ADC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.13.1 OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.13.2 ADC OPERATING MODES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
6.14
WATCHDOG TIMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.15
REAL TIME CLOCK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
6.16
GENERAL POURPOSE TIMER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.17
CUSTOMIZABLE LOGIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.17.1 OVERVIEW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
6.17.2 CUSTOM PROJECT DEVELOPMENT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.17.3 CUSTOMIZATION PROCESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
6.17.4 POWER ON SEQUENCE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
SPEAR-09-H022
4/55
6.17.5 BITSTREAM DOWNLOAD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.17.6 CONNECTION STARTUP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
6.17.7 PROGRAMMING INTERFACE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
7
Electrical Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.1
ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.2
DC ELETTRICAL CHARACTERISTICS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.2.1
SUPPLY VOLTAGE SPECIFICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.2.2
I/O VOLTAGE SPECIFICATIONS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
8
Package information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
9
Revision history . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
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