芯片结构

第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.1/127DSP控制器原理与实践DigitalSignalProcessorTMS320X281x的结构自动化、通信学位课第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.2/127前言（1）现在，广泛使用的TI的DSP有三个系列：C2000、C5000和C6000，C3x也有些应用，而其它型号都基本淘汰。同一系列中不同型号的DSP一般都具有相同的DSP核，相同或兼容的汇编指令系统；而它们的差别仅在于片内储存器的大小，外设资源（如定时器、串口、并口等）的多少。不同系列的DSP它们的汇编指令系统不兼容，但汇编语言的语法非常相似。除了汇编语言外，TI还为每个系列的DSP都提供了优化C编译器，以方便使用C语言进行开发，其效率可以作到汇编语言的90%甚至更高。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.3/127前言（2）C2000系列是一个控制器系列，全部为定点DSP。该系列中的一些型号具有片内FLASHROM，如TMS320LF24X、TMS320LF240X等。TI所有的DSP中，也只有C2000系列具有片内FLASHRAM。作为控制器，C2000系列除了有一个DSP内核外，还有大量的外设资源，如A/D、定时器、各种串口（同步或异步）、看门狗、CAN总线、PWM发生器、数字I/O脚等。特别是C2000系列的异步串口可以与PC的UART相连，也是TI所有DSP中唯一具有异步串口的系列。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.4/127前言（3）C5000系列是一个定点低功耗系列，特别适用于手持通讯产品，如手机、PDA、GPS等。目前的处理速度一般在80MIPS～400MIPS。C5000系列主要分为C54XX和C55XX两个系列，这两个系列在执行代码级是兼容的，但它们的汇编指令系统却不同。C5000系列提供的主要外设有McBPS同步串口，HPI并行接口，定时器、DMA等。另外，在C5000的一些型号中还提供了PCI接口。C5000几乎都只提供BGA球型封装，在PCB板制作时需用多层板。C5000的功耗较大，需仔细考虑DSP芯片与系统其它部分的电力分配，适当选择DC-DC转换器。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.5/127前言（4）C6000系列是一个32位的高性能DSP芯片，目前处理速度从800MIPS～2400MIPS，而且还在不断提高。其中，C62XX为定点系列，C67XX和C64XX为浮点系列。C6000系列也提供EMIF外部储存器扩展接口，方便用户直接使用SDRAM、SBSRAM、SRAM、EPROM等各种储存器。C6000系列除了有一个DSP内核外，还有大量的外设资源，如A/D、定时器、各种串口（同步或异步）、看门狗、CAN总线、PWM发生器、数字I/O脚等。特别是C2000系列的异步串口可以与PC的UART相连，也是TI所有DSP中唯一具有异步串口的系列。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.6/127前言（5）C3X系列虽然不是目前TI的主流产品，但作为一个32位的低价位浮点DSP，仍然被广泛使用。其中TMS320VC33的价格在￥200圆左右，其最高处理速度为150MFLOPS。C3X系列的结构比较简单主要有同步串口、DMA通道、定时器，能用于数字I/O的引脚也只有2条。C3X系列的基本特点如下：高品质的浮点DSP，13ns和17ns指令周期34K×32位片内RAM×5PLL时钟发生器低功耗，200mW/150MFLOPS16/32位整数和32/40位浮点运算32位指令字，24位地址线具有BOOTLOADER；一个串口，两个32位的定时器和DMA八个扩展精度寄存器，R0、R1……R7双电压供电，1.8V核电压和3.3VI/O电压支持JTAG调试标准。四个简单高效的预译码信号第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.7/127前言（6）DSP控制器总体结构图第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.8/127第二章TMS320X281x结构基本结构§2-3存储器管理§2-2CPU控制器本章小结§2-1TMS320X281x基本结构§2-4TMS320X281x系统功能§2-5TMS320X281x外设模块第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.9/127概述（1）TI公司TMS320C2000DSP是基于320C2xx内核。其C2xLP核具有4级流水，工作在40MHz，具有JTAG仿真模块，定点DSP控制器。但281x系列是新一代的高性能定点32位DSP，具有8级流水，工作在150MHz。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.10/127概述（2）281x系列的芯片具有两个事件管理器，以便支持马达控制。每个事件管理器具有两个通用定时器和三个全比较器，可以与波形产生逻辑配合产生8个PWM的输出。支持同步的和异步的PWM波形生成。它还支持一个空间矢量PWM状态机，用开关功率晶体管来实现，以延长晶体管寿命和降低功耗。一个关机段产生单元也有助于保护功率晶体管。此外，每个事件管理器还集成了三个高速采集输入，其中的两个用于光编码器正交脉冲的直接输入。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.11/127概述（3）281x系列的芯片还集成有12-bit的A/D变换器，能在最快80ns的时间内对模拟信号作变换。另外还有2x8个或16个复用输入通道。有些新的281x系列的芯片还有自动排序的能力，按顺序作16个变换，二个独立的采样/保持（S/H）预定标器，通过支持不同的输入阻抗，给用户以极大的灵活性。有些281x系列的芯片有64k～128K字的快闪存储器（FlashROM）。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.12/127概述（4）TMS320X2812是TMS320X281x系列DSP的新一代产品。该产品为单片数字电机控制器制定了标准，由于采用内核1.9V、I/O端口3.3V的低电压设计，其主频高达150MHz，指令几乎都可在6.67ns的单周期内完成，可对复杂的控制算法进行实时处理。芯片价格在10美圆左右。工业电机驱动功率转换器和控制器汽车系统，如电子动力转向装置仪表和HAVC（暖通空调）压缩机电机控制机器人和计算机数字控制机械主要应用领域包括：第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.13/127芯片的结构32x32bitMultiplierSectoredFlashA(18-0)D(15-0)ProgramBusDataBusRAMBootROM2232-bitAuxiliaryRegisters332bitTimersRealtimeJTAGCPURegisterBusR-M-WAtomicALUPIEInterruptManager323232EventManagerAEventManagerB12-bitADCWatchdogMcBSPCAN2.0BSCI-ASCI-BSPIGPIO第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.14/127TMS320X281x的基本组成DSP控制器是一种高性能的单片机。DSP控制器的总体结构有许多独特的地方：采用多组总线结构以实现并行处理机制；采用独立的累加器和乘法器，提高快速计算能力；累加器乘法器均连接比例移位器，实现快速定标；丰富的寻址方式，实现灵活的编程完善的片内外设，构成完整的单片系统。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.15/127TMS320X281x的基本特征（1）内核CPU：32位中央算术逻辑单元（CALU）；32位累加器（ACC）；32×32位硬件乘法器（MUL）；8个32位辅助寄存器（AR）；3个移位器；两个系统状态寄存器（ST0、ST1）。DataBus32-bitAuxiliaryRegisters332bitTimersRealtimeJTAGCPURegisterBusR-M-WAtomicALUProgramBusPIEInterruptManager32x32bitMultiplier第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.16/127TMS320X281x的基本特征（2）存储器：18K字的片内SARAM（M0/M1/L0/L1/H0）;4K字的片内引导ROM;1K字的片内一次性可编程ROM（OTP）;128K字的片内程序ROM/FLASHROM;128位密钥（用于保护FLASH/OTP/L0/L1）；1M字的外部存储器空间（扩展并行外设）;外部存储器接口模块：地址线19根、数据线16根;支持硬件等待。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.17/127TMS320X281x的基本特征（3）程序控制：8级流水线操作；16位堆栈指针；17个CPU级中断；第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.18/127TMS320X281x的基本特征（4）指令集：源代码与C2x、C2xx、C5x定点产品兼容；单指令重复操作；单周期乘法/累加指令；用于程序/数据管理的程序块移指令用于FFT的位取反间接寻址能力。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.19/127TMS320X281x的基本特征（5）省电模式：TMS320X281x器件具有三种省电方式，这些方式通过停止CPU和各种片内外设的时钟来减少器件功耗。当281x处于省电方式时，其全部内容一直保持，因而当由于中断发生而终止省电方式时，操作执行后不会改变。在省电方式中CPU时钟域、系统时钟域和看门狗时钟可以被关闭，取决于时钟模块中的CKCR0寄存器的设置。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.20/127芯片的基本组成第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.21/127TMS320X281x的引脚说明TMS320X281x系列DSP产品中，不同的芯片由于具有不同的外部接口功能和不同的封装形式，因此其引脚数目和引脚分布各不相同。其中，TMS320X2812采用LQFP封装，具有176个引脚(采用PBGA封装时为179个引脚)，其引脚数量和功能是TMS320X281x系列DSP中最全的，因此熟知TMS320X2812的引脚功能对该系列其他芯片的应用具有重要意义。教材中的图1-5给出了TMS320LF2812的引脚图，该图可以加深对DSP引脚功能的理解和掌握。第二章TMS320X281x的结构2012年8月18日《DSP技术与应用》制作者：张志杰版本5.0No.22/1272