基于EMIF接口的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

近年來(lái)，隨著微控制器的發(fā)展，各類工業(yè)控制產(chǎn)品對(duì)現(xiàn)代數(shù)字控制器的需求也越來(lái)越大。這又反過(guò)來(lái)推動(dòng)了現(xiàn)代大規(guī)模集成電路和微控制器的不斷發(fā)展，同時(shí)各類數(shù)字處理器的工作頻率也越來(lái)越快，例如TI公司的控制器TMS320C6000可達(dá)到200 MHz。而為了支持與各種外部存儲(chǔ)器之間的無(wú)縫對(duì)接，TMS320C6000系列處理芯片加入了外部存儲(chǔ)器接口(The External Memory Interface，EMIF)。本次設(shè)計(jì)主要是以TI公司的浮點(diǎn)核芯片TMS320C6713為主要控制器。

1 浮點(diǎn)DSP TMS320C6713簡(jiǎn)介
TMS320C6713是一款高性能浮點(diǎn)DSP，其工作主頻可達(dá)200 MHz，其單指令執(zhí)行周期僅5 ns，具有強(qiáng)大的定點(diǎn)浮點(diǎn)運(yùn)算能力，運(yùn)算速度高達(dá)1 600MIPS／1 200MFLOPS。
TMS320C6713處理器由3個(gè)主要部分組成：CPU內(nèi)核、存儲(chǔ)器和外設(shè)。
CPU中包含8個(gè)功能單元，可以并行操作；有兩組寄存器，每組寄存器由16個(gè)32位寄存器組成。片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的總線寬度為256 bit，每個(gè)周期可取8條32位指令。外設(shè)包括擴(kuò)展的直接存儲(chǔ)器訪問(wèn)(EDMA)、低功耗、外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)，串口、McBSP接口、IIC接口和定時(shí)器等。TMS320C6713功能框圖如圖1所示。

從總體上歸納一下，TMS320C6713具有以下特點(diǎn)：
1)高性能浮點(diǎn)DSP，主頻高達(dá)200 MHz，運(yùn)算速度最高可達(dá)1600 MIPS；
2)超長(zhǎng)指令字(VLIW)DSP核：8個(gè)獨(dú)立功能單元(6個(gè)累加器和2個(gè)乘法器)，32個(gè)32 bit的通用寄存器的存儲(chǔ)裝載結(jié)構(gòu)，可以大大縮減代碼的指令包；
3)L1／L2存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)：4 KB L1P程序緩存，4 KB L1D數(shù)據(jù)緩存：256 KB L2內(nèi)存：其中64 K字節(jié)可配置成緩存或存儲(chǔ)器，192 K字節(jié)統(tǒng)一映像內(nèi)存，可以靈活地定位為程序／數(shù)據(jù)空間；
4)32位外部存儲(chǔ)器接口(EMIF)：可配置異步存儲(chǔ)器接口，擴(kuò)展SRAM和E2PROM；可配置同步存儲(chǔ)器接口，可擴(kuò)展SDRAM和SBSRAM；可尋址512 MB外存空間；
5)16位的HPI接口，可訪問(wèn)CPU的任意可尋址空間；
6)2個(gè)多通道緩存串口(McBSP)；
7)2個(gè)I2C總線主／從模式接口；
8)內(nèi)置靈活的PLL鎖相時(shí)鐘電路；
9)支持1EEE-1149．1(JTAG)邊界掃描接口；10)16路GPIO接口。
與其他DSP相比較而言，TMS320C6713的主要優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行速度快、存儲(chǔ)配置方便、資源豐富，這些都給微控制器的設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的便利。

2 EMIF簡(jiǎn)介
TMS320C6000的EMIF接口，即外部存儲(chǔ)器接口(The External Memory Interface)，支持各種外部器件的無(wú)縫接口，包括：流水線式同步猝發(fā)SRAM(SBSRAM)；異步DRAM(SDRAM)；異步器件，包括SIAM、ROM和FIFO等；外部共享存儲(chǔ)器。
簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，EMIF接口就相當(dāng)于一個(gè)可配置的總線接口，其接口上面的信號(hào)線基本囊括了各種存儲(chǔ)器(SRAM、Flash RAM、DDR-RAM等)的讀寫接口信號(hào)。通過(guò)軟件配置相應(yīng)的寄存器，可以使EMIF接口工作于和設(shè)計(jì)中使用的外部存儲(chǔ)器相匹配的固定的接口形式。但是與其他固定接口不同的是，EMIF接口讀寫時(shí)序中的高低電平的保持時(shí)間是可以通過(guò)寄存器設(shè)置的。
下面就本次設(shè)計(jì)使用的TMS320C6713為例詳細(xì)介紹一下EMIF。TMS320C6713的EMIF可以通過(guò)下面兩種請(qǐng)求器處理外部總線請(qǐng)求：片內(nèi)加強(qiáng)型直接存儲(chǔ)器存取EDMA控制器；外部共享存儲(chǔ)器的設(shè)備控制器。
圖2是TMS320C6713的EMIF接口信號(hào)示意圖。

圖2中，ECLKIN信號(hào)是系統(tǒng)提供的一個(gè)外部時(shí)鐘源。ECLKOUT信號(hào)是由內(nèi)部產(chǎn)生(基于ECLKIN)，所有與本控制器EMIF接口對(duì)接的存儲(chǔ)器必須工作在ECLKOUT下。SBSRAM接口、SDRAM接口和異步接口的信號(hào)合并復(fù)用。這里的CE1片選空間支持所有的3種存儲(chǔ)器接口。

表1列出TMS320C6713的EMIF存儲(chǔ)器映射寄存器。通過(guò)設(shè)置這些寄存器，既可以將EMIF配置成為不同類型、不同位寬的總線接口，又可以配置總線讀寫時(shí)序的速度。由于EMIF接口的這一優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)者使用集成EMIF接口的控制芯片時(shí)，無(wú)論是擴(kuò)展外部存儲(chǔ)設(shè)備，還是利用EMIF接口進(jìn)行外部設(shè)備的讀取，其難度都大大降低。這在一定程度上也使得具有EMIF接口的高速控制核心(TMS320C6000系列的DSP)在將來(lái)能夠得到更加廣泛的應(yīng)用。