TMS320C6201 DSP處理器與FLASH存儲器接口設(shè)計(jì)

DSP是針對實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號處理器，由于它具有計(jì)算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。自世界上第一片通用D5P芯片TMS320C10于1982年在美國T1公司產(chǎn)生以來，DSP處理器便顯示出強(qiáng)盛的生命力。短短二十多年，世界上許多公司便開發(fā)出各種規(guī)格的DSP處理器，并使它們在通信、自動(dòng)控制、雷達(dá)、氣象、導(dǎo)航、機(jī)器人等許多嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代后期美國TI公司推出的面向通訊領(lǐng)域的新一代32位的TMS320C6000系列DSP芯片(簡稱C6000)是目前世界上最先進(jìn)的DSP處理器，其中C62XX和C64XX為通用32位定點(diǎn)系列DSP處理器，C67XX為通用32位浮點(diǎn)系列DSP處理器，其指令速度分別高達(dá)960～4800MIPS和600MFLOPS～1GFLOPS，可與早期的巨型計(jì)算機(jī)速度相媲美，且單芯片功耗小于1．5W、采用BGA封裝(小型球柵陣列)、體積也很小(最大35mm×35mm×3．5mm)。因此，這些DSP處理器將在許多科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。FLASH存儲器是新型的可電擦除的非易失性只讀存儲器，屬于EEPROM器件，與其它的ROM器件相比，其存儲容量大、體積小、功耗低，特別是其具有在系統(tǒng)可編程擦寫而不需要編程器擦寫的特點(diǎn)，使它迅速成為存儲程序代碼和重要數(shù)據(jù)的非易失性存儲器，成為嵌入式系統(tǒng)必不可少的重要器件。DSP與FLASH存儲器的接口設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)，本文以基于三個(gè)C6201／C6701 DSP芯片開發(fā)成功的嵌入式并行圖像處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)為例，介紹這一設(shè)計(jì)技術(shù)。

　　1 C6201／C6701新一代DSP處理器

　　1．1 C6201／C6701的特點(diǎn)及外部存儲器接口EMIF

　　C6201為通用32位定點(diǎn)DSP處理器，C6701為通用32位浮點(diǎn)DSP處理器，它們采用并行度很高的處理器結(jié)溝，從而具有許多突出的特點(diǎn)：

　　DSP核采用改進(jìn)的超長指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)和多流水線技術(shù)，具有8個(gè)可并行執(zhí)行的功能單元，其中6個(gè)為ALU，兩個(gè)為乘法器，并分成相同功能的兩組，在沒有指令相關(guān)情況下，最高可同時(shí)執(zhí)行8條并行指令； ·具有32個(gè)32位通用寄存器，并分成兩組，每組16個(gè)，大大加快了計(jì)算速度；

　　片上集成了大容量的高速程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲措，最高可以200Mbit／s的速度訪問，并采用改進(jìn)的多總線多存儲體的哈佛結(jié)構(gòu)。程序存儲器為64K字節(jié)、256位寬．每個(gè)指令周期可讀取8個(gè)指令字，還可靈活設(shè)置為高速CACHE使用；數(shù)據(jù)存儲器采用雙存儲塊，每個(gè)存儲塊又采用多個(gè)存儲體，可靈活支持8／16／32位數(shù)據(jù)讀寫。C6701還可支持64位訪問，每個(gè)時(shí)鐘可訪問雙32位故據(jù)．C6701還可訪問雙64位IEEE雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù)； 片上集成了32位外部存儲器接口EMIF，并且分成4個(gè)時(shí)序可編程的空間(CE0、CEl、CE2、CE3)，可直接支持各種規(guī)格SDRAM(除CEl空間外)、SBSRAM、SRAM、ROM、FLASH、FIFO存儲器。同時(shí)，CEl空間還可直接支持8／16位寬的異步存儲器讀訪問，EMIF接口信號如圖1所示；

　　片上集成了4個(gè)主DMA控制器和一個(gè)輔助DMA控制器：

• 　　片上集成了兩個(gè)32位多功能定時(shí)器；

• 　　片上集成了兩個(gè)多通道通用串行通訊口；

• 　　片上集成了16位宿主機(jī)HPI端口，與EMIF端口一起?？芍С謽?gòu)成并行多處理器系統(tǒng)；

• 　　片上集成的鎖相循環(huán)PLL電路，具有4倍頻外部時(shí)鐘的功能，從而在外部可采用較低的時(shí)鐘電路，而在片內(nèi)可高頻（120MHz、150MHz、167MHz、200MHz）地進(jìn)行計(jì)算；

• 　　片上集成了符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的JTAG在系統(tǒng)仿真接口，大大方便了硬件調(diào)試；

• 　　具有一個(gè)復(fù)位中斷，一個(gè)非屏蔽中斷，4個(gè)邊沿觸發(fā)的可編程的可屏蔽中斷；

• 　　雙電源供電，內(nèi)核電源為1．8V，外圍設(shè)備電源為3．3V，功耗低于1．5W；

• 　　采用352BGA小型球柵陣列封裝，體積很??；

• 　　具有豐富的適合數(shù)字運(yùn)算處理的指令集，并且所有的指令為條件轉(zhuǎn)移指令。

　　C6201／C6701高度的并行結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、高速的時(shí)鐘頻率使其具有高達(dá)1600MIPS和400MMAC的運(yùn)算能力，比通常使用的DSP計(jì)算速度快十幾倍，甚至幾十倍，再加上其具有并行執(zhí)行、多功能、多任務(wù)的能力和豐富的指令集以及體積小、功耗低、易于使用的特點(diǎn)，使它非常適合在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)用；同時(shí)TI公司開發(fā)了高效的C編譯器和多功能的集成開發(fā)系統(tǒng)CODE COMPOSER STUDIO(簡稱CCS)以及高性能的仿真器，大大簡化程序代碼的編寫與調(diào)試。

　　1．2 C620I／06701的引導(dǎo)工作方式

　　在加電后，C6201／C6701可采用直接從零地址(只能為外部存儲器)開始執(zhí)行程序的不引導(dǎo)方式工作；也可采用輔助DMA先自動(dòng)從宿主機(jī)HPI端口或外部CEl空間(8／16／32位ROM)加載64K字節(jié)程序至零地址(片上存站器或外部存儲器)，然后再從零地址開始執(zhí)行程序的引導(dǎo)方式工作。C6201／C6701的這些工作方式由上電復(fù)位時(shí)5個(gè)引導(dǎo)方式管腳BOOTMODE[4：0]的信號電平?jīng)Q定，這些電平信號還決定地址映射方式是采用某種類型、速度的外部存儲器為零地址的MAPO方式，還是采用片上程序存儲器為零地址D6 MAPl方式。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大大增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。在引導(dǎo)工作方式中，當(dāng)零地址為片上程序存儲器時(shí)，程序直接從高速256位寬的片上程宇存儲器并行執(zhí)行，能充分發(fā)揮DSP的高速性能；而其它工作方式中，程序是從外部慢速32位寬的存儲器開始出行執(zhí)行。因此，基于C6000的嵌入式系統(tǒng)一般采用引導(dǎo)三片上程序存儲器執(zhí)行的工作方式，如表1所示。