【文章內(nèi)容簡介】 內(nèi)完成。在典型的通用微處理器中，每個抽頭需要 3040個指令周期，而 TMS32021只需 4條指令。如果采用特殊的 DSP指令或采用 TMS320C54x等新一代的 DSP芯片，可進(jìn)一步降低 FIR抽頭的計算時間。 特殊的 DSP 指令 DSP芯片的另一個特征是采用特殊的指令。例如 DMOV就是一個特殊的 DSP指令，它完成數(shù)據(jù)移位功 能。在數(shù)字信號處理中，延遲操作非常重要，這個延遲就是由DMOV來實現(xiàn)。 TMS32021中的另一個特殊指令是 LTD，它在一個指令周期內(nèi)完成 LT、DMOV和 APAC三條指令。 LTD和 MPY指令可以將 FIR濾波器抽頭計算從 4條降為 2條。在第二代處理器中，如 TMS320C25，增加了 2條更特殊的指令，即 RPT和 MACD指令，采用這 2條特殊指令，可以進(jìn)一步將每個抽頭的運算時間從 2條降為 1條： RPTK 255 ；重復(fù)執(zhí)行下條指令 256次 MACD ： LT， DMOV， MPY及 APAC 快速的指令周期 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 哈佛結(jié)構(gòu) 、流水線操作、專用的硬件乘法器、特殊的 DSP指令再加上集成電路的優(yōu)化設(shè)計，可使 DSP芯片的指令周期在 200ns以下。 TMS320系列處理器的指令周期已經(jīng)從第一代的 200ns降低至現(xiàn)在的 20ns以下?？焖俚闹噶钪芷谑沟?DSP芯片夠?qū)崟r實現(xiàn)許多 DSP應(yīng)用。 TMS320C2021 概述 TMS320C2021系列 DSP是 TI公司繼第 _二代定點 DSP處理器 TMS320C2x和第三代定點 DSPTMS320C5x之后出現(xiàn)的一種低價格、高性能的定點 DSP芯片。主要包括TMS320C20x、 TMS320C24x兩個 子系列。該產(chǎn)品的主要特點包括一下幾個方面。 運算速度：單周期指令執(zhí)行時間為 50ms、 35ns或 25ns，即運算能力為 20MIPS、28． 5MIPS或 40MIPS。 兼容性： TMS320C2021系列所有 DSP芯片的源代碼完全兼容，同時 TMS320C2021系列產(chǎn)品與 1MS320C5x系產(chǎn)品向上兼容，即 C5x是 C2021的超集，因此為 TMS320C2021編寫的代碼升級后可在 TMS320C5x上運行。 片內(nèi)存儲器： TMS320C2021內(nèi)部配置有數(shù)量不同的 RAM和 ROM存儲器，有的芯片還配有閃速存 儲器 Flash。 LF240x片內(nèi)有高達(dá) 32K字的 Flash程序存儲器。利用閃速存儲器存儲程序，不僅能降低成本，減小體積，而且系統(tǒng)升級也比較方便。 片內(nèi)資源配置： TMS320C2021系列 DSP芯片資源配置比較靈活。目前該系列已有 10多種不同配置的芯片，它們都具有相同的 CPU結(jié)構(gòu)和程序控制流程，所以源代碼是相同的。區(qū)別僅在于各自的片內(nèi)存儲器配置和片內(nèi)外設(shè)。 功耗： TMS320C2021采用 5V或 3． 3V高性能靜態(tài) CMOS技術(shù)，使控制器的功耗大大減小，從而提高了控制器的實時控制能力。 應(yīng)用： TMS320C2021系列 DSP的體系結(jié)構(gòu)專為實時控制及實時信號處理而設(shè)計，所配置的片內(nèi)外設(shè)為控制系統(tǒng)應(yīng)用提供了一個理想的解決方案。其中 C24x系列中的通用定時器、脈寬調(diào)制 PWM電路、捕捉器、光電編碼器接口、 A／ D轉(zhuǎn)換器、串行通信接口、 CAN控制器、看門狗等片內(nèi)外設(shè)為將 DSP應(yīng)用于智能測控、電機(jī)控制、電力電子技術(shù)等領(lǐng)域提供了豐富的資源。 DSP 芯片的選擇 設(shè)計 DSP應(yīng)用系統(tǒng)，選擇 DSP芯片是非常重要的一個環(huán)節(jié)。只有選定了 DSP芯片才能進(jìn)一步設(shè)計其外圍電路及系統(tǒng)的其他電路。總的來說， DSP芯片的選擇應(yīng)根據(jù)實際 的應(yīng)用系統(tǒng)需要而確定。不同的 DSP應(yīng)用系統(tǒng)由于應(yīng)用場合、應(yīng)用目的等不盡相同，對 DSP芯片的選擇也是不同的。 : 運算速度是 DSP芯片的一個最重要的性能指標(biāo)，也是選擇 DSP芯片時所需要考慮的一個主要因素。 DSP芯片的運算速度可以用以下幾種性能指標(biāo)來衡量?！? (1)指令周期：印執(zhí)行一條指令所需的時間，通常以 ns(納秒 )為單位。如南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 TMS320VC5402100在主頻為 100MHz時的指令周期為 1Ons． (2)MAC時間：即一次乘法加上一次加法的時間。大部分 DSP芯片可在一個指令周期內(nèi)完 成一次乘法和加法操作，如 TMS320VC5402100的 MAC時問就是 10ns。 (3)FFT執(zhí)行時間：即運行一個 N點 FFT程序所需的時間。由于 FFT運算涉及的運算在數(shù)字信號處理中很有代表性，因此 FFT運算時間常作為衡量 DSP芯片運算能力的一個指標(biāo)。 (4)MIPS：即每秒執(zhí)行百萬條指令。如 TMS320VC5402100的處理能力為 100MIPS，即每秒可執(zhí)行 l億條指令。 (5)MOPS：即每秒執(zhí)行百萬次操作。如 TMS320VC40的運算能力為 275MOPS。 (6)MFLOPS． 即每秒執(zhí)行百萬次浮點 操作。如 TMS320C31在主頻為 40MHz時的處理能力為 40 MFLOPS。 (7)BOPS：即每秒執(zhí)行十億次操作。如 TMS320C80的處理能力為 2 BOPS。 DSP芯片的價格也是選擇 DSP芯片所需考慮的一個重要因素。如果采用價格昂貴的 DSP芯片，即使性能再高，其應(yīng)用范圍也會受到一定的限制，尤其是民用產(chǎn)品。因此跟據(jù)實際系統(tǒng)的應(yīng)用情況，需確定一個價格適中的 DSP芯片。當(dāng)然，由于 DSP芯片發(fā)展迅速， DSP芯片的價格往往下降較快，因此在開發(fā)階段選用某種價格稍貴的 DSP芯片，等到系統(tǒng)開發(fā) 完畢，其價格可能經(jīng)下降一半甚至更多。 不同的 DSP芯片所提供的硬件資源是不相同的，如片內(nèi) RAM、 ROM的數(shù)量，外部可擴(kuò)展的程序和數(shù)據(jù)空間，總線接口， I／ O接口等。即使是同一系列的 DSP芯片 (如11的 TMS320C54x系列 )，系列中不同 DSP芯片也具有不同的內(nèi)部硬件資源，可以適應(yīng)不同的需要。 TMS320系列大部分定點 DSP芯片的字長為 16位，但有的公司的定點芯片為 24位，如 Motorola公司的 MC56001等。浮點芯片的字長一般為 32位，累加器為 40位 。 在 DSP系統(tǒng)的開發(fā)過程中，開發(fā)工具是必不可少的。如果沒有開發(fā)工具的支持，想要開發(fā)一個復(fù)雜的 DSP系統(tǒng)幾乎是不可能的。如果有功能強大的開發(fā)工具的支持，如 C語言支持，則開發(fā)的時問就會大大縮短。所以，在選擇 DSP芯片的同時必須注意其開發(fā)工具的支持情況，包括軟件和硬件的開發(fā)工具。 ‘ 在某些 DSP應(yīng)用場合，功耗也是一個需要特別注意的問題。如便攜式的 DSP設(shè)備、手持設(shè)備、野外應(yīng)用的 DSP設(shè)備等都對功耗有特殊的要求。目前， 3． 3V供電的低功耗高速 DSP芯片己大量使用。 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 2． 5 小結(jié) 本章主要介紹了 DSP 原理，介紹的內(nèi)容包括 DSP 系統(tǒng)設(shè)計。 DSP 選擇， DSP 的發(fā)展歷程和應(yīng)用，對 DSP 的哈佛結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)敘述。對 TMS3202021 系列作了引入性介紹，為下面介紹 F2812 的資源及實際應(yīng)用做準(zhǔn)備。 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 第三章 . F2812 板及其開發(fā)環(huán)境 CCS F2812 結(jié)構(gòu) TMS320F2812 是 TI公司的一款用于控制的高性能，多功能，高性價比的 32位定點 DSP 芯片。該芯片兼容 TMS320F2407 指令系統(tǒng)，最高可在 150MHz 主頻下工作，并帶有 18K*16 位 0 等待周期片上 ARAM 和 128K*16 位片上 FLASH（存取時間 36ns） TMS320F2812 采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙 16*16 位乘加和 32*32 位乘加操作，因而可兼顧控制和快速運算的雙重功能。 TMS320F2812 的片上外設(shè)主要包括 2*8路 12 位 ADC（最快 80ns 轉(zhuǎn)換時間）、 2路 SCI、 1 路 SPI、 1 路 McBSP、 1 路額 CAN 等，并帶有兩個事件管理模塊（ EVA、EVB），分別包括 6路 PWM/CMP、 2路 QEP、 3路 CAP、 2路 16位定時器（或 TxPWM/TxCMP）。另外，該器件還有 3 獨立的 32 位 CPU定時器，以及多達(dá) 56個獨立編程的 GPIO 引腳，可外擴(kuò)大于 1M*16 位程序和數(shù)據(jù)存儲器。 F2812 硬件結(jié)構(gòu) TMS320F2812 高速的運算能力、強大的實時處理能力和高度集成化的設(shè)計結(jié)構(gòu)，使得它在控制領(lǐng)域內(nèi)得到了人們的青睞， F28X 系列芯片的主要性能如下： （ 1） 高性能靜態(tài) CMOS（ Stctic CMOS0）技術(shù)： 150MHz（時鐘周期為 ） 低功耗（核心電壓為 ， I/O 口電壓為 ）； Flash 編程電壓為 。 （ 2） JTAG 邊界掃描（ Boundary Scan）支持 （ 3） 高性能的 32位中央處理器 哈佛總線結(jié)構(gòu)（ Harvard Bus Architecture）； 16位 *16 位和 32位 *32 位乘且累加操作； 強大的操作能力； 迅速的中斷響應(yīng)和處理； 統(tǒng)一的寄存器編程模式； 可達(dá) 4兆字的數(shù)據(jù)地址； 可達(dá) 4兆字的線性程序地址； 代碼高效（用 C/C++或匯編語言）； 與 TMS320F24X/LF240x 處理器的源代碼兼容； （ 4） 片內(nèi)寄存器 8K*16 位的 Flash 存儲器； 1K*16 位的 OTP 型只讀存儲器； L0和 L1：兩塊 4K*16 位的單口隨即存儲器（ SARAM）； 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 H0：一塊 8K*16 位的單口隨機(jī)存儲器； M0和 M1：兩塊 1K*16 位的單口隨機(jī)存儲器。 （ 5） 4K*16 位的根只讀存儲器（ Boot ROM） 帶有軟件的 Boot 模式； 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)表。 （ 6） 外部寄存器接口 有多達(dá) 1MB 的存儲器可編程等待狀態(tài)數(shù)； 可編程讀 /寫選通計數(shù)器（ Strobe Timing）； 三個獨立的片選端。 （ 7） 時鐘與系統(tǒng)控制 支持動態(tài)的改變鎖相環(huán)的頻率； 片內(nèi)震蕩器； 看門狗定時器模塊。 （ 8） 三個外部中斷 （ 9） 外部中斷擴(kuò)展（ PIE）模塊 可支持 96 個外部中斷； 當(dāng)前僅使用了 45個外部中斷。 （ 10） 128 位 的密鑰（ Security Key/Lock） 保護(hù) Flash/OTP 和 L0/L1 SARAM； 防止 ROM 中的程序被盜。 （ 11） 3個 32位的 CPU 定時器 （ 12） 電動機(jī)控制外圍設(shè)備 兩個事件管理器（ EVA、 EVB）； 與 F240 兼容的器件。 （ 13） 串口外圍設(shè)備 串行外圍接口（ SPI）； 兩個串行通信接口（ SCIs），標(biāo)準(zhǔn)的 UART； 改進(jìn)的局域網(wǎng)絡(luò)（ eCAN） 多通道緩沖串行接口（ McBSP）和串行外圍接口模式。 （ 14） 12位 ADC， 16 通道 2*8 通道的輸入多路選擇器； 兩個采樣保持器； 單個的轉(zhuǎn)換時間： 200ns； 單路轉(zhuǎn)換時 間： 60ns。 （ 15） 最多有 56 個獨立的可編程，多用途通用輸入 /輸出（ GPIO）引腳 （ 16） 高級的仿真特性 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 分析和設(shè)置斷點的功能； 實時的硬件調(diào)試。 （ 17） 開發(fā)工具 ANSI C/C++編譯器 /匯編程序 /連接器； 支持 TMS320F24X/24x 的指令； 代碼編輯集成環(huán)境 DSP/BIOS； JTAG 掃描控制器（ TI）； 硬件評估版。 （ 18） 低功耗模式和節(jié)能模式 支持空閑模式、等待模式、掛起模式； 停止單個外圍的時鐘 圖 31 F2812 功能框圖 （ 19） 封裝方式 南京郵電大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 帶外部存儲器存儲器借口的； 179 引腳的球形觸點 BGA 封裝 帶外部存 儲器借口的 176 引腳低剖面四芯線扁平 LQEP 封裝 （ 20） 溫度選擇 A： 40℃ ~+85℃ S： 40℃ ~+125℃ F2812 功能模塊 下面主要介紹 F2812DSP 集成的主要功能模塊。 1. FLSASH 內(nèi)存 用戶可以通過內(nèi)部 Flash 存儲器固化應(yīng)用軟件以及產(chǎn)品的升級換代。 F2812 的內(nèi)部 Flash 存儲器大小為 128KB，提供分區(qū)（ sector）的 Flash 內(nèi)存，允許改寫每個分區(qū)，但不清除整個 Flash 內(nèi)存；內(nèi)部還包括用來保護(hù)用戶程序的密碼保護(hù)程序代碼。 2. 事件管理器 （ Event Manager） （ 1）可編程死區(qū)設(shè)置。 （ 2）定時器 /比較器模塊減少了 CPU 完成事件定時、采樣循環(huán)以及 PWM 生成等任務(wù)的開銷。 （ 3） PDP 中斷為系統(tǒng)提供無條