【正文】 諾伊曼結(jié)構(gòu)有更好的指令執(zhí)行速度許多 DSP 芯片內(nèi)部都采用多總線結(jié)構(gòu)這樣保證在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)可以多次訪問程序空間和數(shù)據(jù)空間另外它還使用流水線技術(shù)這樣可以實(shí)現(xiàn)多指令的并行執(zhí)行 DSP 芯片特點(diǎn) TMS320VC5402 是 TI 公司的 54X 系列定點(diǎn) DSP 具有低功耗高性能的特點(diǎn) CPU 增強(qiáng)的多總線結(jié)構(gòu)三條獨(dú)立的 16bit 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總 線和一條程序存儲(chǔ)器總線 40bit 運(yùn)算邏輯單元 ALU 包括一個(gè) 40bit 的桶形移位器和兩個(gè)獨(dú)立的 40bit 累加器 17bit 17bit 并行乘法器連接一個(gè) 40bit 的專用加法器可用來進(jìn)行非流水單周期乘加 MAC 運(yùn)算比較選擇和存儲(chǔ)單元 CSSU 用于 Viterbi 運(yùn)算器的加比較選擇指數(shù)編碼器在一個(gè)周期里計(jì)算一個(gè) 40bit 累加器的指數(shù)值兩個(gè)地址發(fā)生器中有八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器運(yùn)算單元 ARAUs 數(shù)據(jù)總線具有總線保持特性 存儲(chǔ)器擴(kuò)展地址模式可最大尋址到 1M 16bit 外部程序空間 4K 16bit 片上 ROM16K 16bit 雙訪問片上 RAM 指令集支持單指令循環(huán)和塊循環(huán)存儲(chǔ)塊移動(dòng)指令提供了高效的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器管理支持 32bit 長(zhǎng)字操作數(shù)指令支持兩個(gè)或三個(gè)操作數(shù)讀指令支持并行存儲(chǔ)和并行加載的算術(shù)指令條件存儲(chǔ)指令和中斷快速返回支持定點(diǎn) DSP C語言編譯器 片上硬件資源軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程存儲(chǔ)單元轉(zhuǎn)換連接內(nèi)部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán) PLL 時(shí)鐘發(fā)生器兩個(gè)多通道緩沖串口 McBSPs 增強(qiáng)型 8bit并行主機(jī)接口 HPI8 兩個(gè) 16bit定時(shí)器 6通道直接存儲(chǔ)器訪問 DMA 控制器 電 源低功耗工作 內(nèi)核 用節(jié)電模式的 IDLE1IDLE2 及 IDLE3指令做功率控制可禁止 CLKOUT 信號(hào) 速度在 33V 供電 18V 核心電壓 下單周期定點(diǎn)指令的執(zhí)行周期為 10ns 100MIPS 仿真符合 IEEE11491 邊界掃描邏輯標(biāo)準(zhǔn)的片內(nèi)掃描仿真邏輯接口 C54x 的引腳功能 介紹 C54x 的硬件結(jié)構(gòu)熟悉并掌握所用器件的硬件結(jié)構(gòu)及特性是應(yīng)用設(shè)計(jì)的基礎(chǔ) 要掌握 C54x 需要了解它的引腳功能根據(jù)芯片型號(hào)和封裝不同其引腳個(gè)數(shù)有所不同本書以 TMS320VC5402PGE 為例介紹主要引腳的名稱和 功能如圖 21 其封裝為 TQPF 共有 144 個(gè)引腳 圖２１ C5402 引腳圖 1．電源引腳電源電壓分為兩種提供 CPU 核使用的核電壓 CVDD 提供片上外設(shè)使用的 IO 電壓 DVDD CVDD 166891125142 腳 電壓為 18 V DVDD 433565112130 腳 電壓為 33 V Vss 31434405057707693106111128 腳 接地 2．時(shí)鐘引腳時(shí)鐘發(fā)生器由內(nèi)部振蕩器和鎖相環(huán) PLL 電路構(gòu)成可以有兩種方式提供參考時(shí)鐘輸入 Xl 96 腳 接外部晶體振蕩器的一個(gè)引腳接地或懸空 X2CLKIN 97 腳 接外部晶體振蕩器的另一個(gè)引腳 PLL 有兩種時(shí)鐘頻率配置方法硬件配置由下述三個(gè)時(shí)鐘模式引腳決定CLKMDl 77 腳 CLKMD2 78 腳 CLKMD3 79 腳 3．控制引腳提供控制信號(hào)有些引腳是功能復(fù)用引腳 RS 98 腳 振蕩器工作正常的情況下復(fù)位時(shí)此引腳至少保持 2 個(gè) CLKOUT周期的低電平才能保證器件可靠復(fù)位 MSTRB 24 腳 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選通信號(hào) PS 20 腳 外部程序存儲(chǔ)器片選信號(hào) DS 21 腳 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片選信號(hào) IS 22 腳 I／ O 設(shè)備選擇信號(hào) PS 20 腳 外部程序存儲(chǔ)器片選信號(hào) DS 21 腳 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器片選信號(hào) IS 22 腳 I／ O 設(shè)備選擇信號(hào) IOSTRB 25 腳 I／ O 設(shè)備選通信號(hào) R／ W 23 腳 讀／寫信號(hào) HOLD 30 腳 請(qǐng)求控制存儲(chǔ)器接口信號(hào) HOLDA 23 腳 響應(yīng)控制存儲(chǔ)器請(qǐng)求信號(hào) MSC 26 腳 微狀態(tài)完成信號(hào) lAQ 29 腳 中斷請(qǐng)求信號(hào) IACK 61 腳 中斷響應(yīng)信號(hào) MP／ MC 32 腳 DSP 工作方式選擇信號(hào) READY 19 腳 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號(hào) 4．地址引腳 20 個(gè)地址引腳可尋址 1 M 字的外部程序空間 64 K 字外部數(shù)據(jù)空間 64 K 字的片外 I／ O 空間 這 20 個(gè)引腳是 A0～ A19 具體引腳號(hào)見圖 21 5．?dāng)?shù)據(jù)引腳 16 個(gè)數(shù)據(jù)引腳可并行傳輸 16 位數(shù)據(jù) 這 16 個(gè)引腳是 DO～ D15 具體引腳號(hào)見圖 21 6．外部中斷引腳一個(gè)不可屏蔽中斷 4 個(gè)可屏蔽中斷 NMI 63 腳 不可屏蔽中斷 INT0 64 腳 INT1 65 腳 INT2 66 腳 INT3 67 腳 可屏蔽外部中斷 7．通訊端口引腳包括兩個(gè)串口一個(gè)并口兩個(gè)通用 I／ O 引腳 8 帶緩沖區(qū)同步串行接口 BFSR0 43 腳 BFSRl 44 腳 串口 01 的同步接收信號(hào) BDR0 45 腳 BDRl 47 腳 串口 01 的串行數(shù)據(jù)接收輸入 BCLKX0 41 腳 BCLKXl 42 腳 串口 01 的同步時(shí)鐘信號(hào) BFSX0 53 腳 BFSXl 54 腳 串口 01 的同步發(fā)射信號(hào) BDX0 59 腳 BDXl 60 腳 串口 01 的串行數(shù)據(jù)發(fā)射輸出不發(fā)送信號(hào)時(shí)為高阻 9 主機(jī)通信并行接口 HPI 用于 DSP 與 PC 或其他主 CPU 間的通信通過設(shè)置這個(gè)口的 8 個(gè)數(shù)據(jù)引腳可以用作通用 8 位并行 IO HCS 17 腳 片選信號(hào)作為 HPI 的使能輸入端每次尋址期間必須為地電平 HAS 13 腳 地址選通信號(hào)如果主機(jī)的地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用則此引腳連接到主機(jī)的地址鎖存端它的下降沿鎖存字節(jié)識(shí)別和主機(jī)控制信號(hào)若主機(jī)地址與數(shù)據(jù)線分開則此引腳高電平 HBIL 31 腳 字節(jié)識(shí)別信號(hào)判斷主機(jī)送來的是第一還是第二個(gè)字節(jié) HCNTL0 39 腳 HCNTL1 46 腳 主機(jī)控制信號(hào)主機(jī)通過這兩個(gè)引腳信號(hào)的不同組合選擇通訊控制內(nèi)容 HDSl 121 腳 HDS2 129 腳 數(shù)據(jù)選通信號(hào)由主機(jī)控制 HPI 數(shù)據(jù)傳輸 HINT／ TOUTl 51 腳 HPI 向主機(jī)申請(qǐng)中斷信號(hào) HRDY 55 腳 HPI 已將數(shù)據(jù)準(zhǔn)備完畢信號(hào) HR／ W 18 腳 主機(jī)向 HPI 讀寫信號(hào)高電平主機(jī)讀 HPI 低電平主機(jī)寫 HPI 10 通用 I／ O 端口引腳 2 個(gè)軟件可編程控制的通用 I／ O 引腳 XF 27 腳 外部標(biāo)志輸出端口 主要用于程序向外設(shè)傳輸標(biāo)志信息編程時(shí)根據(jù)程序的要求通過此引腳的置位 1 或清零 o 可以控制外設(shè)的工作 BIO 31 腳 分支轉(zhuǎn)移控制輸入端口主要用于監(jiān)控外圍設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài) 實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中當(dāng)編寫循環(huán)時(shí)間要求苛刻的程序時(shí)不允許中斷干涉此時(shí)可以通過查詢此引腳的方式控制程序的流向以避免中斷引起的失控現(xiàn)象 串行口 MCBSP DSP 芯片在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中作為數(shù)據(jù)處理器 TM320C5402 有 144 個(gè)引腳主要由中央處理器內(nèi)部總線控制特殊功能寄存器數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM 程序存儲(chǔ)器 OMIO 功能擴(kuò)展接口串行口主機(jī)通信接口 HPI 定時(shí)器中斷系統(tǒng)等部分組成它有兩個(gè)串行口在本設(shè)計(jì)中我們只用其中一個(gè)我們用并行帶緩沖器多通道同步串行口 MCBSP0作為從聲卡到 DSP 芯片的數(shù)據(jù)傳輸通道 MCBSP0 包括串口 01 的數(shù)據(jù)接收時(shí)鐘BCLKR0 串口數(shù)據(jù)接收 BDR0 串口數(shù)據(jù)接收同步信號(hào) BFSR0 串口發(fā)數(shù)時(shí)鐘 BCLKX0串口發(fā)數(shù)端 BDX0 串口發(fā)數(shù)同步信 號(hào) BFSX0 利用緩沖區(qū)的目的是進(jìn)行音效的實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)中各模塊是同時(shí)進(jìn)行處理的一部分信號(hào)正在 ADC中進(jìn)行轉(zhuǎn)換而另一部分信號(hào)則在 DSP處理器中同時(shí)進(jìn)行算法處理即整個(gè)系統(tǒng)是以流水線的方式進(jìn)行工作 VC5402 的 MCBSP 是一種同步串行接口支持多種通信方式和 SPI 協(xié)議該串口可以根據(jù)設(shè)計(jì)者的不同需求進(jìn)行配置使用非常靈活它的主要特點(diǎn)如下全雙工的串行通信連續(xù)的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)流功能具有外部時(shí)鐘輸入或內(nèi)部可編程時(shí)鐘兩種時(shí)鐘控制方式可獨(dú)立編程的發(fā)送和接收幀同步多通道數(shù)據(jù)傳輸 最多可達(dá)128 個(gè)通道 可選的數(shù)據(jù)寬 度 812162024或 32 位用于數(shù)據(jù)壓縮的μ律和 A 律壓縮擴(kuò)展可編程的時(shí)鐘和幀同步極性 MCBSP 包括 6 個(gè)引腳分別是串行數(shù)據(jù)發(fā)送信號(hào) DX串行數(shù)據(jù)接收信號(hào) DR發(fā)送時(shí)鐘信號(hào) CLKX 接收時(shí)鐘信號(hào) CLKR 發(fā)送幀同步信號(hào) FSX 和接收幀同步信號(hào)FSR由于 MCBSP內(nèi)帶有一個(gè)可編程的采樣和幀同步時(shí)鐘產(chǎn)生器所以串口接收發(fā)送時(shí)鐘和幀同步等信號(hào)既可由內(nèi)部產(chǎn)生也可以由外部輸入 MCBSP 接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的過程如下在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)首先將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到 DXR寄存器中若 XSR寄存器為空 說明上一次發(fā)送的數(shù)據(jù)已經(jīng)由 DX引腳送出 則將 DXR 寄存器中的數(shù)據(jù)拷貝到 XSR 寄存器中然后在幀同步 FSX 和時(shí)鐘 CLKX 的作用下將 XSR 寄存器中的數(shù)據(jù)逐位移到 DX 引腳輸出在數(shù)據(jù)從 DXR 寄存器復(fù)制到XSR后就可以將下一個(gè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫到 DXR寄存器中因而可以保證數(shù)據(jù)的連續(xù)發(fā)送串口接收數(shù)據(jù)的過程與發(fā)送基本類似但方向相反且 VC5402 的多通道串口的接收帶三個(gè)緩沖器 在 VC5402 片內(nèi) CPU 與 MCBSP 之間的數(shù)據(jù)傳送有三種方式查詢方式中斷方式和 DMA 方式每當(dāng)串口接收到一個(gè)字 新接收的數(shù)據(jù)復(fù)制到 DRR[12]寄存器中 或發(fā)送的字從 DXR 寄存器拷貝到 XSR 寄存 器中時(shí)都會(huì)改變串口控制寄存器 1 SPCR1 中的 RDDY 和串口控制寄存器 2 SPCR2 中的 XRDY 標(biāo)志位所以 CPU 可以通過不斷查詢的方法知道數(shù)據(jù)是否發(fā)送完畢以及是否接收到新的數(shù)據(jù)從而決定下一步操作 CPU 還可以通過串口的接收或發(fā)送中斷事件在中斷服務(wù)程序中完成數(shù)據(jù)的傳送中斷的觸發(fā)事件是可以選擇的在進(jìn)行處理之前必須預(yù)先設(shè)置好串口控制寄存器 1 SPCR1 和串口控制寄存器 2 SPCR2 中相應(yīng)的位第三種傳數(shù)方式就是通過芯片的 DMA 與串口相連由串口同步事件觸發(fā) DMA 完成數(shù)據(jù)的傳送 主機(jī)接口 由前面分析我們知 道由于 DSP 的控制功能不是非常強(qiáng)大在應(yīng)用中往往不得不把 DSP作為目標(biāo)系統(tǒng)專門負(fù)責(zé)復(fù)雜的運(yùn)算而另外使用一個(gè)主機(jī) PC機(jī)或是單片機(jī) 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)行控制所以在使用 DSP 的多處理器系統(tǒng)中主機(jī) 單片機(jī) PC 機(jī)另一個(gè) DSP 芯片 與目標(biāo)系統(tǒng) DSP 的數(shù)據(jù)交換就成為應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問題在本系統(tǒng)中我們用用主機(jī)接口 HPI 把經(jīng)過處理后的結(jié)果傳送給控制芯片 89c51 主機(jī)接口 HPI Host Pott Interface 是 C54x DSP 系列定點(diǎn)芯片內(nèi)部具有的一種并行接口部件主要用于與其他總線或 CPU之間 進(jìn)行通信主機(jī)是 HPI口的主控者 HPI 口作為一個(gè)外設(shè)與主機(jī)連接使主機(jī)的訪問操作很方便主機(jī)通過以下單元與 HPI口通信專用地址和數(shù)據(jù)寄存器 HPI控制寄存器以及外部數(shù)據(jù)和接口控制信號(hào) HPI 有兩種工作方式共用尋址方式 SAM 和僅主機(jī)尋址方式 HOM 在 SAM方式下豐機(jī)和 C54x 都能尋址 HPI 存儲(chǔ)器在 HOM 方式下僅能讓主機(jī)尋址 HPI 存儲(chǔ)器 C54x 則處于復(fù)位狀態(tài)或者處在所有內(nèi)部和外部時(shí)鐘都停止工作的 IDLE2 空閑狀態(tài) 最低功耗狀態(tài) VC5402 是 TI 公司推出的一款性價(jià)比極高的 16位定點(diǎn)處理器它是 C54x系列中 應(yīng)用比較廣泛的一種芯片有著豐富的接口資源是一種集數(shù)據(jù)處理和通信功能于一體的高速微處理器 VC5402 HPI口是一個(gè)增強(qiáng)的 8位主機(jī)接口它通過 HPI控制寄存器 HPIC 地址寄存器 HPIA 和數(shù)據(jù)鎖存器 HPID 來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通信主機(jī)通過外部引腳 HCNTLO和 HCNTL1選中不同的寄存器則當(dāng)前發(fā)送 8位數(shù)據(jù)就到該寄存器控制寄存器 HPIC 既可以被主機(jī)直接訪問又可以被 DSP 片上 CPU 訪問在使用上由于主機(jī)接口總是傳輸 8 位字節(jié)而 HPIC 是一個(gè) 16 位寄存器所以主機(jī)向HPIC 寫數(shù)據(jù)時(shí)需要發(fā)送 2 個(gè)相同的 8 位數(shù)據(jù)地址寄存器 HPIA 只 能被主機(jī)直接訪問主機(jī)將 HPIA 寄存器視為一個(gè)地址指針借助于 HPIA 主機(jī)可以訪問 VC5402 全部的片上存儲(chǔ)器另外 HPIA 具有自動(dòng)增長(zhǎng)的功能在自動(dòng)增尋址模式下一次數(shù)據(jù)讀會(huì)使 HPIA 在數(shù)據(jù)讀操作后增加 1 而一個(gè)數(shù)據(jù)寫操作會(huì)使 HPIA 操作前預(yù)先增加 l這樣如果使能了該功能則只須設(shè)定一次 HPIA 即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的寫入和讀出數(shù)據(jù)寄存器 HPLD只能被主機(jī)訪問如果當(dāng)前進(jìn)行的是讀操作則 HPID中存放的是要從 HPI 存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)如果當(dāng)前進(jìn)行的是寫操作則存放的是將要寫到 HPI存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù) TMS320C54x 系列 DSP 芯 片中的 HPI 能夠順序傳送或隨機(jī)傳送數(shù)據(jù)產(chǎn)生HOST 中斷和 C54x 中斷接口靈活并可通過 DMA 總線訪問片內(nèi) RAM 當(dāng) TMS32