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TMS320VC5402系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

TMS320VC5402系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題

作者:佚名來(lái)源:不詳錄入:jdzj868 更新時(shí)間：2009-6-5 9:17:09 點(diǎn)擊數(shù)：2

【字體：

】

摘要：數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片以其強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力在通信、電子、圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。文章從系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)、關(guān)鍵外設(shè)（多通道緩沖串口，DMA，HPI）的設(shè)置及軟件編程三個(gè)主要方面闡述了TMS320VC5402在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，并給出了相應(yīng)的處理辦法。
關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理器；多通道緩沖串口； DMA ；主機(jī)接口；引導(dǎo)裝載
1 引言
TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5402）是德州儀器公司推出的性?xún)r(jià)比極高的16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），它的工作時(shí)鐘可以高達(dá) 100MHz，非常適合于高速的數(shù)據(jù)傳輸和處理。C5402的接口電源為3.3V，內(nèi)核電源為1.8V，輸入輸出的邏輯電平復(fù)雜。電路設(shè)計(jì)的時(shí)候一般會(huì)遇到輸入輸出引腳的邏輯電平兼容、外圍擴(kuò)展電路時(shí)序、DSP多余引腳的處理等問(wèn)題，這些最基本問(wèn)題的妥善解決是設(shè)計(jì)一個(gè)性能優(yōu)良的DSP應(yīng)用系統(tǒng)的前提條件。C5402提供了許多增強(qiáng)型外設(shè)，在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)合理設(shè)置，以充分利用硬件資源。DSP采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，應(yīng)用流水線(xiàn)操作，增強(qiáng)了處理器的數(shù)據(jù)處理能力，但同時(shí)給設(shè)計(jì)者帶來(lái)了高頻干擾和流水線(xiàn)沖突等諸多問(wèn)題。如何提高DSP的信號(hào)處理能力，充分利用DSP的資源是每個(gè)設(shè)計(jì)者應(yīng)考慮的問(wèn)題。本文總結(jié)了作者在實(shí)際開(kāi)發(fā)中遇到的問(wèn)題和一些心得體會(huì)，希望對(duì)DSP開(kāi)發(fā)人員有一點(diǎn)啟發(fā)和幫助。
2 硬件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題
2.1 接口電平兼容性問(wèn)題
C5402的接口電源為3.3V，其輸入、輸出引腳的電壓的絕對(duì)范圍-0.3～＋4.5V，除了少數(shù)引腳以外，其輸入電平是與TTL邏輯電平兼容的，因此 C5402的輸入引腳僅能與3.3V的CMOS電路連接，不能5V的TTL電路、CMOS電路連接。5V TTL/CMOS電路的輸出信號(hào)要經(jīng)過(guò)電平轉(zhuǎn)換后才能送給C5402。由于C5402的輸出信號(hào)與TTL邏輯電平兼容，因此可以直接送給5V TTL電路或者輸入電平與TTL電平兼容的3.3V CMOS和5V CMOS電路。為了簡(jiǎn)化電路的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能選擇3.3V CMOS器件。但是，整個(gè)系統(tǒng)中很難保證都使用3.3V的CMOS器件，對(duì)所有與C5402不兼容的信號(hào)要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，可以采用TI公司的高速總線(xiàn)收發(fā)器74LVT16245來(lái)完成。
2.2 DSP多余引腳的處理
DSP數(shù)據(jù)總線(xiàn)的最高位（D15）最好與擴(kuò)展器件數(shù)據(jù)總線(xiàn)的最高位連接，這樣做的目的是避免符號(hào)位錯(cuò)誤擴(kuò)展，而多于的數(shù)據(jù)總線(xiàn)可以懸空，也可以接上拉或下拉電阻。同時(shí)將/IACK、EMU0、EMU1、TDI、HOLD、CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3和MP/MC等系統(tǒng)獨(dú)立工作時(shí)的閑置引腳和硬件時(shí)鐘設(shè)置引腳接上拉電阻。上拉電阻較多時(shí)，通常選用排阻來(lái)完成，排阻集成了電源引腳VCC和電阻，相對(duì)體積小、連接簡(jiǎn)單。在調(diào)試階段的設(shè)計(jì)中 CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3和MP/MC可以設(shè)有跳線(xiàn)，選擇是否與地相連來(lái)調(diào)節(jié)硬件時(shí)鐘和微處理器/微計(jì)算機(jī)模式。
2.3 調(diào)試中問(wèn)題
在DSP開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會(huì)遇到DSP芯片發(fā)熱問(wèn)題。若芯片發(fā)熱，首先檢查一下DSP的供電是否正常。若DSP芯片和電源芯片都發(fā)熱，這時(shí)可能是電路中有短路的情況，或者是在訪(fǎng)問(wèn)外設(shè)總線(xiàn)上有沖突，導(dǎo)致DSP的輸出電流過(guò)大。解決問(wèn)題的方法是用跳線(xiàn)將芯片的使能端接地或高電平，依次不使能外部芯片，從而找到哪個(gè)外設(shè)有總線(xiàn)沖突。筆者在一實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中用到了CPLD作為邏輯控制器件，在調(diào)試電路過(guò)程中，上電后發(fā)現(xiàn)DSP芯片發(fā)熱，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)上電后CPLD 的使用引腳沒(méi)定義，CPLD狀態(tài)不定和SRAM同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)了總線(xiàn)。在CPLD的應(yīng)用中，若 CPLD中燒路過(guò)程序，則與DSP連接的腳在程序中都必須有定義。
2.4 DSP與慢速外設(shè)通信
C5402的處理速度非常快，通過(guò)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器（SWSSR）和軟件等待控制器（SWSM）可以將外部總線(xiàn)周期擴(kuò)展到14個(gè)機(jī)器周期，以使 C5402與慢速外部設(shè)備接口。復(fù)位時(shí)SWSSR＝7FFFH，設(shè)置最長(zhǎng)的等待周期，SWCR中的SWSM位為1時(shí)，等待周期數(shù)為2倍的SWWSR設(shè)置值。當(dāng)C5402與需要多于14個(gè)等待周期的外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，通過(guò)軟件設(shè)置的等待時(shí)間不能滿(mǎn)足，這時(shí)要又到C5402的READY引腳，當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備好后，通過(guò)READY引腳告知C5402可以繼續(xù)進(jìn)行通信。
3 主要外設(shè)的應(yīng)用
3.1 多通道緩沖串口
C5402 提供兩個(gè)高速、全雙工、多通道緩沖串行口。兩個(gè)緩沖串口可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，中斷類(lèi)型設(shè)為接收到數(shù)據(jù)或發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生中斷。
串口設(shè)置的主要關(guān)鍵時(shí)序
（1）在保持RRST,XRST,FRST各位為0的前提下配置好各寄存器，等待至少兩個(gè)CLKR/X時(shí)鐘周期以確保DSP內(nèi)部的同步。
（2）可以向DXR裝載數(shù)據(jù)或使能DMA。
（3）使能GRST（GRST＝1）（如果使用內(nèi)部時(shí)鐘）。
（4）使能RRST或XRST，注意此時(shí)要保證SPCR僅此一位發(fā)生改變。
（5）使能FRST（如果需要DSP內(nèi)部產(chǎn)生幀同步）。
（6）等待兩個(gè)CLKR/X時(shí)鐘周期。
C5402的配置十分靈活，可以設(shè)置不同位數(shù)傳送；A率和率壓縮；高低位傳送的先后次序；中斷源的設(shè)置等。有些設(shè)置不一定固定，關(guān)鍵是在實(shí)際應(yīng)用中配合好各種情況。
3.2 DMA
在不是要求數(shù)據(jù)同步的系統(tǒng)中，C5402工作在DMA可以不占用CPU資源的情況下，實(shí)現(xiàn)DSP存儲(chǔ)器間數(shù)據(jù)的自由傳送。C5402有6個(gè)可獨(dú)立編程的 DMA通道，每個(gè)DMA通道受各自的5個(gè)16位寄存器控制： DMSRC、DMDST、DMCTR、DMSFC、DMMCR。此外，DMA的6個(gè)通道還受通道優(yōu)先級(jí)和使能控制寄存器DMPREC控制。在這個(gè)寄存器中相應(yīng)的DPRC位置1選擇相應(yīng)的通道為高優(yōu)先級(jí)，相應(yīng)的DE位置1選通相應(yīng)的通道為使能通道并開(kāi)始工作。
注意設(shè)置DMA模式工作時(shí)，在程序的開(kāi)始要先不使能DMA中斷優(yōu)先級(jí)，否則會(huì)產(chǎn)生程序混亂。若要求不同通道同時(shí)接收數(shù)據(jù)，各通道的參數(shù)可以單獨(dú)設(shè)置，但是通道優(yōu)先級(jí)要同時(shí)設(shè)，若分別設(shè)置通道優(yōu)先級(jí)則只能接收其中一路信號(hào)。
3.3 主機(jī)接口HPI
C5402的HPI主機(jī)接口是由一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)和用于設(shè)置和控制接口的控制信號(hào)組成。由于C5402的控制功能不是非常強(qiáng)大，往往需另加一片單片機(jī)或CPLD對(duì)系統(tǒng)的邏輯進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，此時(shí)C5402作為從機(jī)。HPI很容易與各種主機(jī)相連，需要很少、甚至不需要外加邏輯。HPI口的數(shù)據(jù)傳輸由兩部分組成：內(nèi)部傳輸和外部傳輸。內(nèi)部傳送在HPI口寄存器和片內(nèi)RAM之間進(jìn)行，外部傳送在主機(jī)和HPI口寄存器之間進(jìn)行。主機(jī)訪(fǎng)問(wèn)HPI時(shí)，首先初始化HPIC寄存器，然后初始化HPIA寄存器，再?gòu)腍PID寄存器中讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。一般在 C5402的初始化程序中對(duì)HPIC進(jìn)行初始化后就無(wú)需再對(duì)HPIC進(jìn)行操作了，其余工作由主機(jī)完成。主機(jī)可通過(guò)HPIC的DSPINT來(lái)中斷 C5402，而C5402通過(guò)HPIC的HINT位發(fā)送中斷請(qǐng)求到主機(jī)。C5402的主機(jī)接口工作在HPI模式時(shí)HPIENA必須置高，HPIENA為低則HPI口作為一般I/O口用。C5402與AT89C51的硬件連線(xiàn)如圖1

圖1 AT89C51與C5402的HPI接口圖
4 軟件設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題
4.1 流水線(xiàn)沖突
流水先沖突是 DSP特有的問(wèn)題，對(duì)編程的代碼和時(shí)間的效率影響較大，編譯器發(fā)現(xiàn)不了這些問(wèn)題。如果C5402系統(tǒng)的源程序是用C語(yǔ)言編寫(xiě)的，經(jīng)過(guò)編譯后生成的代碼是沒(méi)有流水線(xiàn)沖突問(wèn)題的；如果是匯編語(yǔ)言程序，凡是CALU操作，或者是先在初始化期間就對(duì)MMR進(jìn)行設(shè)置也不會(huì)產(chǎn)生流水線(xiàn)沖突。然而在某些MMR寫(xiě)操作中，如對(duì)MMR、ST0、ST1、PMST等硬件資源進(jìn)行連續(xù)操作時(shí)，有可能造成流水線(xiàn)沖突。解決流水線(xiàn)沖突很簡(jiǎn)單，只需加上幾個(gè)指令或NOP空操作指令便可以。
4.2 中斷源的處理
C5402的中斷分為可屏蔽中斷和不可屏蔽中斷。對(duì)于軟件中斷和不可屏蔽中斷，CPU立即響應(yīng)，對(duì)于硬件中斷必須滿(mǎn)足三個(gè)條件：出現(xiàn)多個(gè)中斷時(shí)，此中斷的優(yōu)先級(jí)最高，ST1中的INTM位為0，允許中斷；IMR中的相應(yīng)位為1，開(kāi)放此中斷。設(shè)置好與中斷有關(guān)的寄存器后要設(shè)置中斷向量表，必須保證中斷向量表的位置與處理器模式狀態(tài)寄存器PMST中的中斷向量指針I(yè)PTR相對(duì)應(yīng)，使IPTR的9位地址指向128字的中斷向量所在的程序頁(yè)。中斷向量的地址是把中斷矢量號(hào)（0～31）左移兩位再加上PMST的中斷指針產(chǎn)生的。同時(shí)，中斷向量表要嚴(yán)格按照C5402規(guī)定的格式編寫(xiě)，否則，不能正確地產(chǎn)生需要的中斷結(jié)果。
直接尋址中CPL位的作用及FRCT小數(shù)模式位的使用
CPL位控制是SP還是DP作為操作指針來(lái)進(jìn)行直接尋址。當(dāng)CPL＝0時(shí)，使用頁(yè)指針DP；當(dāng)CPL＝1時(shí)，使用堆棧指SP。在使用DP指針時(shí)應(yīng)注意在所有的程序中都初始化DP.因?yàn)閺?fù)位不能初始化DP，并且上電時(shí)，DP是不確定的。使用DP指針直接尋址，在DP指針的數(shù)據(jù)頁(yè)內(nèi)，具有128字的尋址能力。在初始化特殊寄存器IFR、IMR，DP值應(yīng)設(shè)置為零，操作完成后再根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置DP值。編程過(guò)程中盡量不要改動(dòng)DP值，應(yīng)盡可能合理地在各功能模塊間分配這些單元。
FRCT是小數(shù)模式位，若為小數(shù)應(yīng)設(shè)為1，若為整數(shù)運(yùn)算應(yīng)設(shè)為0。小數(shù)運(yùn)算產(chǎn)生的冗余符號(hào)位如Q15 Q15＝Q30，形如00.xxxx。通過(guò)設(shè)置FRCT＝1，計(jì)算結(jié)果自動(dòng)向左移一位將冗余符號(hào)位去掉。
4.4程序裝載問(wèn)題
C5402為脫機(jī)運(yùn)行提供了五中種啟動(dòng)裝載模式：HPI端口啟動(dòng)模式、標(biāo)準(zhǔn)串口啟動(dòng)模式、I/O啟動(dòng)模式、串口EEPROM啟動(dòng)模式和并行啟動(dòng)模式。對(duì)于 C5402為核心的獨(dú)立系統(tǒng)中，并行引導(dǎo)裝載模式最為常用。因?yàn)榍叭N裝載模式只適用于由其它處理器為C5402提供運(yùn)行代碼的多處理器系統(tǒng)中。串口 EEPROM雖然適用于以C5402為核心的獨(dú)立系統(tǒng)中，但是它只支持價(jià)格偏高的SPI端口的EEPROM。并口啟動(dòng)模式可以采用EPROM，而且并行 EPROM和FLASH種類(lèi)很多，價(jià)格較低，適合市場(chǎng)開(kāi)發(fā)。但是并口啟動(dòng)裝載模式的程序代碼不能超過(guò)32K，若程序超過(guò)了32K，還得重新編寫(xiě) bootload程序作為程序裝載內(nèi)核。
由于C5402的工作頻率可高達(dá)100MHz，雖然在C5402在RESET時(shí)自動(dòng)插入了7個(gè)軟件延時(shí)，但這只能滿(mǎn)足速度不低于70ns的EPROM接口，一般的EPROM無(wú)法可靠工作。為了解決速度匹配問(wèn)題，可以利用硬件和軟件兩種方式設(shè)置倍頻。在系統(tǒng)加電時(shí)將C5402倍頻選擇為2，即 CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3分別設(shè)置為1、0、0，DSP工作在40MHz，等加載完成后再通過(guò)軟件將C5402的工作頻率調(diào)高到 100MHz。實(shí)踐證明這種方法是可行而且可靠。
5 結(jié)語(yǔ)語(yǔ)
本文在總結(jié)作者從事DSP系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)上，討論了C5402開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題，并給出了解決辦法。當(dāng)然，在實(shí)際操作中還會(huì)有很多其它問(wèn)題和相應(yīng)的處理技巧，只能在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中體會(huì)。僅希望通過(guò)此文可以對(duì)大家的DSP開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)有所幫助。

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