DSP處理器與FLASH存儲器的接口技術(shù)

DSP是針對實時數(shù)字信號處理而設(shè)計的數(shù)字信號處理器，由于它具有計算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點，非常適合應(yīng)用于嵌入式實時系統(tǒng)。

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，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)計是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的一項重要技術(shù)，本文以基于三個C6201/C6701 DSP芯片開發(fā)成功的嵌入式并行圖像處理實時系統(tǒng)為例，介紹這一設(shè)計技術(shù)。

1 C6201/C6701新一代DSP處理器

1.1 C6201/C6701的特點及外部存儲器接口EMIF

C6201為通用32位定點DSP處理器，C6701為通用32位浮點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：

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

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.每個指令周期可讀取8個指令字，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，每個存儲塊又采用多個存儲體，可靈活支持8/16/32位數(shù)據(jù)讀寫。C6701還可支持64位訪問，每個時鐘可訪問雙32位故據(jù).C6701還可訪問雙64位IEEE雙精度浮點數(shù)據(jù); 片上集成了32位外部存儲器接口EMIF，并且分成4個時序可編程的空間(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，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個主DMA控制器和一個輔助DMA控制器：

片上集成了兩個32位多功能定時器;

片上集成了兩個多通道通用串行通訊口;

片上集成了16位宿主機HPI端口，與EMIF端口一起。可支持構(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倍頻外部時鐘的功能，從而在外部可采用較低的時鐘電路，而在片內(nèi)可高頻(120MHz、150MHz、167MHz、200MHz)地進行計算;

片上集成了符合IEEE標準的JTAG在系統(tǒng)仿真接口，大大方便了硬件調(diào)試;

具有一個復(fù)位中斷，一個非屏蔽中斷，4個邊沿觸發(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，體積很小;

具有豐富的適合數(shù)字運算處理的指令集，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、高速的時鐘頻率使其具有高達1600MIPS和400MMAC的運算能力，比通常使用的DSP計算速度快十幾倍，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，使它非常適合在嵌入式實時系統(tǒng)中應(yīng)用;同時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先自動從宿主機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5個引導(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)特點大大增加了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性。在引導(dǎo)工作方式中，當零地址為片上程序存儲器時，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。

2 FLASH存儲器MBM29LV800BA

2.1 MBM29LV800BA介紹

MBM29LV800BA是FUJITSU公司生產(chǎn)的1M×8/512K×l6位的FLASH存儲器，其管腳信號如圖2所示。/BYTE為×8或×16工作方式配置管腳(/BYTE接低時為×8方式，地址線為[A-1，A0，…A18]共20根，數(shù)據(jù)線為DQ[0：7]，數(shù)據(jù)線高8位不用;/BYTE接高時為×16方式，地址線為A[0：18]共19根，A-1，不用，數(shù)據(jù)線為DQ[0：15]);RY/*BY為表示FLASH就緒或忙的管腳(它是集電極開路引腳，多個RY/*BY管腳可通過上拉電阻直接線與連接)。

MBM29LV800BA具有許多特點，主要如下

單電源3.0V讀、編程寫入、擦除;

與JEDEC標準的命令集和引腳分布兼容;

增加了快速編程寫人命令，寫入僅需兩個總線周期;

具有至少100 000次的編程寫入/擦寫壽命;

靈活的扇區(qū)結(jié)構(gòu)支持整片內(nèi)容擦除、任一扇區(qū)內(nèi)容擦除、相連續(xù)的多扇區(qū)內(nèi)容并行擦除;

具有嵌入式編程寫入算法，可自動寫入和驗證寫入地址的數(shù)據(jù);

具有嵌入式擦除算法，可自動預(yù)編程和擦除整個芯片或任一扇區(qū)的內(nèi)容;

具有數(shù)據(jù)查尋位和切換位，可以通過軟件查尋方法檢測編程寫入/擦除操作的狀態(tài);

具有RY/*BY管腳，可以通過硬件方法檢測編程寫入/擦除操作的狀態(tài);

自動休眠功能，當?shù)刂繁３址€(wěn)定時，自動轉(zhuǎn)入低功耗模式;

具有低電壓禁止寫入功能;

具有擦除暫停/擦除恢復(fù)功能，

2.2 MBM29LV800BA的主要命令及嵌入式算法

MBM29LV800BA的編程寫入及擦除命令如表2所示。其中，X為十六進制數(shù)字的任意值，RA為被讀數(shù)據(jù)的FLASH地址，RD為從FLASH地址RA讀出的數(shù)據(jù)，PA為寫編程命令字的FLASH地址，PD為編程命令宇，SA為被擦除內(nèi)容的扇區(qū)地址。 MBM29LV800BA具有嵌入式編程寫入和擦除算法機構(gòu)，當向FLASH寫入數(shù)據(jù)內(nèi)容或擦除其扇區(qū)內(nèi)容時，需要根據(jù)相應(yīng)的算法編程才能完成。其編程擦除算法流程為：首先寫編程擦除命令序列;然后運行數(shù)據(jù)測試算法以確定擦除操作完成;其編程寫入算法流程為：程序開始，首先驗證寫入扇區(qū)是否為空，不空則運行擦除算法;然后運行編程寫入算法，寫編程寫入命令序列，再運行數(shù)據(jù)測試算法或查詢RY/*BY管腳信號以確定該次操作完成。地址增1繼續(xù)上述過程，否則結(jié)束操作;數(shù)據(jù)測試算法主要是測試DQ7和DQ5位的數(shù)據(jù)變化，以確定泫次操作是進行中、完成、還是失敗。