一“芯”二用，MCU+DSP處理器大盤(pán)點(diǎn)

　　近年來(lái)，越來(lái)越多的領(lǐng)域需要用到高性能，高集成度的DSP器件，功能日益增加的多媒體處理器對DSP的需求也日益劇增，于是，基于MCU+DSP架構的集成芯片也隨之應運而生，更低的成本、更小的封裝和更微的功耗所開(kāi)辟的，是一條屬于DSP或者M(jìn)CU廠(chǎng)商們的“陽(yáng)光大道“而未來(lái)，它們還將沿著(zhù)這條新路繼續前行。本系列文章將為你介紹市面上比較流行的基于MCU+DSP架構的處理器或者解決方案。

　　飛思卡爾DSP56800E

　　飛思卡爾在DSP與MCU領(lǐng)域深耕數年，為滿(mǎn)足市場(chǎng)發(fā)展需求，公司率先在56800內核基礎上又推出了新一代增強型內核56800E，該產(chǎn)品可在單一內核上提供DSP和MCU雙重功能。56800E 系列DSP將為不斷增長(cháng)的工業(yè)、電機控制、汽車(chē)和融合中的通信與數據通信市場(chǎng)應用提供低功耗、低成本的單芯片方案。由于這種單內核設計消耗更少的功耗，飛思卡爾啟動(dòng)了大量新的、以電池供電、需要信號處理功能的便攜式應用，如便攜式數字音頻、互聯(lián)網(wǎng)設備和PDA等。

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1.MC56F8335：基于56800E內核的數字信號控制器

2.基于56800E數字信號處理和霍爾傳感器的三相BLDC電機控制

　　簡(jiǎn)介

　　與56800相比，56800E性能最高可改善5倍，為需要更多存儲空間、更高代碼編譯效率和更高的MIPS性能的客戶(hù)提供了清晰的產(chǎn)品移植路徑。DSP56800E 由幾個(gè)功能獨立的模塊組成。包括：數據算術(shù)邏輯單元（ALU），地址生成單元（AGU），程序控制器，位操作單元，強化的片上仿真模塊（Enhanced OnCE）和系統總線(xiàn)。如圖所示。

　　靈活的內存模式是DSP56800E 結構的一大特色，包括下面的幾個(gè)方面：

　　程序RAM 和ROM 模塊

　　數據RAM 和ROM 模塊

　　非易失內存（NVM）模塊

　　引導ROM，自舉RAM 區執行代碼的模塊

　　Freescale 的標準片上外圍接口總線(xiàn)（IP-BUS）支持多種的片上外設模塊，包括下面幾個(gè)模塊：

　　鎖相環(huán)（PLL）模塊

　　16 位定時(shí)器模塊

　　看門(mén)狗（COP）模塊和實(shí)時(shí)定時(shí)模塊

　　同步串行接口（SSI）模塊

　　串行外設接口（SPI）模塊

　　可編程的通用I/O 口（GPIO）模塊

　　特性

　　DSP56800E 結構具有一系列新的特點(diǎn)，用于提高系統性能，降低應用成本，簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。包括以下各個(gè)方面。

　　高性能：DSP56800E 支持很多的ＤＳＣ應用場(chǎng)合。

　　兼容性：向下兼容DSP56800 系列的源代碼，DSP56800 只需要重新編譯或者重新匯編就可以在DSP56800E 系統上執行。

　　易編程性：DSP56800E 的指令助記符類(lèi)似于MCU 的指令助記符，易于從傳統的微控制器編程轉到DSC 編程。為了優(yōu)化算法的執行，DSP56800E 的指令集支持小數和整數類(lèi)型。

　　對高級語(yǔ)言的支持：C 語(yǔ)言編寫(xiě)的程序非常合適DSP56800E 結構，大部分的應用可以使用高級語(yǔ)言編寫(xiě)卻不會(huì )影響DSC 的性能，靈活的指令集和編程模式使得編譯代碼的高效生成變?yōu)榭赡堋?/p>

　　豐富的指令集：除了支持DSC 算法的指令集，DSP56800E 還提供控制、位操作和整型處理等指令，支持多種數據類(lèi)型和尋址模式。使得用戶(hù)方便地生成高效、緊湊的代碼。

　　高代碼密度：DSP56800E 基本的單字指令長(cháng)度僅為16 位，而多字指令則用于更復雜的操作，達到優(yōu)化的代碼密度目的。DSP56800E 指令集強調的是高效控制的編程，因為在一個(gè)應用中最大的部分是這方面的操作。

　　支持多任務(wù)：在DSP56800E 上執行一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統或者簡(jiǎn)單的多任務(wù)系統將比其他的DSC 芯片更容易。DSP56800E 完全支持軟件堆棧，快速的從系統堆棧中實(shí)現32 位上下文切換，基本的測試和設置指令，四優(yōu)先級的軟件中斷。

　　精確性：DSP56800E 具有精確計算的能力。

　　硬件循環(huán)：DSP56800E 提供2 種類(lèi)型大于0 的硬件循環(huán)。提高了性能，使得不再需要使用解開(kāi)式循環(huán)技術(shù)。

　　并行性：每個(gè)片上執行單元，內存設備，外圍操作是獨立并行處理的。由于很高的并行性，下面的操作能在1 條指令內被并行執行：

　　—取下條指令

　　—16 位乘16 位，并將結果和一個(gè)36 位數累加

　　—可選擇性進(jìn)行結果取反、四舍五入以及飽和度處理

　　—2 個(gè)16 位數的移動(dòng)

　　—無(wú)負荷的硬件循環(huán)

　　—2 個(gè)地址指針的更新

　　不可見(jiàn)的指令管道（pipeline）：八級指令管道提高了系統的性能，卻保持對編程者的不可見(jiàn)。開(kāi)發(fā)者可以使用高級語(yǔ)言而不需要考慮到管道。

　　低功耗：由于使用的是CMOS 工藝，DSP56800E 本身消耗的能量是很少的， 而且DSP56800E 支持兩種更加省電模式，STOP 和WAIT 模式。電源管理模塊能關(guān)閉那些邏輯上不使用的部分

　　實(shí)時(shí)調試：Freescale 的加強型片上仿真技術(shù)提供了對DSP56800E 內核的狀態(tài)實(shí)現了簡(jiǎn)單、低價(jià)、非入侵、速度無(wú)關(guān)的存取方式。通過(guò)使用這一技術(shù)，在不停止內核的運行情況下，編程者能完全的控制處理器的操作，能簡(jiǎn)單、高速的完成調試任務(wù)。

　　DSP56800E 的高效指令集和總線(xiàn)結構，擴展的并行性，片上編程和數據內存，先進(jìn)的調試和測試功能使得內核能很好地解決實(shí)時(shí)性問(wèn)題、嵌入式DSC 和控制任務(wù)。

　　內核編程模式

　　DSP56800E 的內核寄存器被認為是內核編程模式的一部分。如圖2-1 所示。片上模塊的寄存器被映射到數據存儲器的64 個(gè)單元上，注意，這64 個(gè)單元在特定的設備上可以位于數據存儲器的任何位置。使用內存塊的實(shí)例如表2-1 所示?？梢詤⒖继囟ㄆ骷挠脩?hù)手冊得到其模塊的細節描述，包括它們的功能，存儲區的寄存器及其映射到內存的位置。

　　雙哈佛存儲器

　　DSP56800E 具有程序存儲區與數據存儲區分開(kāi)的雙哈佛結構，如圖2-2 所示。這種結構允許同時(shí)進(jìn)行對程序存儲區和數據存儲區的讀寫(xiě)操作，而且數據存儲器支持同時(shí)2個(gè)地址的讀操作，支持最多達３個(gè)地址單元的存儲器操作。

　　在程序存儲器中，包含了可以任意大小和放在任意位置的復位中斷向量。外設寄存器被映射到數據存儲器的６４個(gè)字的地址單元。

　　外設寄存器的６４個(gè)字的地址單元原則上可以被重映射到任意地址。為了不重疊RAM 和ROM 數據存儲塊，64 個(gè)字單元的地址通常被特別設定，X：《《pp 尋址模式提供了針對64 個(gè)單元的高效訪(fǎng)問(wèn)，提供了單字，單周期轉移和位操作指令。

　　注意在64 個(gè)單元的最上面12 個(gè)單元被DSP56800E 內核保留使用，用于中斷優(yōu)先級，總線(xiàn)控制寄存器。

　　DSC實(shí)例

　　DSC 是一種能對周期性地采樣和數字化的實(shí)時(shí)信號進(jìn)行算術(shù)的處理器，DSC 實(shí)例都包含以下幾個(gè)方面：

　　濾波

　　卷積（混合兩個(gè)信號）

　　相關(guān)（比較兩個(gè)信號）

　　整流，放大和傳輸

　　圖1-3 是1 個(gè)模擬信號處理的例子。圖中的電路過(guò)濾了來(lái)自的傳感器的信號，傳感器信號采集電路使用了1 個(gè)可調節的放大器，并利用該結果控制1 個(gè)動(dòng)力臂。理想的濾波器是無(wú)法設計出來(lái)的，工程師設計濾波器時(shí)必須盡量滿(mǎn)足：可接受的響應性，不同溫度的變化，元器件老化，電源波動(dòng)和元器件的精度等因素。按照這樣要求設計出來(lái)的電路一般具有很低的抗干擾性，需要經(jīng)常調整參數且難于修改。

　　使用 DSC 的等效電路如圖1-4 所示。這個(gè)應用除了DSC 之外，還要求1 個(gè)A/D 轉化器和D/A 轉化器。

　　上圖的處理電路首先通過(guò) 1 個(gè)濾波器限制輸入信號的波段，將去除了超過(guò)波段的干擾信號。然后信號被取樣，通過(guò)AD 轉換器數字化并送入DSC 進(jìn)行數字化處理。DSC的輸出通過(guò)DA 轉化成模擬信號并通過(guò)低通過(guò)濾，消除數字化的影響。

　　通過(guò)DSC 執行的特定的濾波嚴格來(lái)說(shuō)是個(gè)軟件的過(guò)程。DSC 能執行任何使用模擬技術(shù)實(shí)現的濾波器。而且，使用模擬技術(shù)很難實(shí)現的自適應性過(guò)濾，能很容易的通過(guò)DSC 實(shí)現。

　　總之，使用DSC 的優(yōu)勢如下：

　　更少的元件

　　穩定，確定的性能

　　無(wú)需調整濾波系數

　　廣泛的應用范圍

　　更加鮮明的過(guò)濾特點(diǎn)

　　抗噪聲能力強

　　易實(shí)現自適應性過(guò)濾

　　具有自測試功能

　　較好的電源干擾抵制機制

　　DSP56800E 系列不是為了一個(gè)特定的應用專(zhuān)門(mén)定制的IC 芯片，而是作為一種通用目的的DSC 結構，用于高效的執行普通DSC 算法和控制代碼。

　　如圖1-5 所示，DSC 關(guān)鍵的屬性如下：

　　乘法累加（MAC）操作

　　MAC 的每個(gè)指令周期取2 條操作數

　　強大的指令集保證了執行的靈活性

　　移入/出DSC 數據

　　MAC 操作是一個(gè)在DSC 中的基本操作，DSC56800E 雙哈佛結構優(yōu)化了MAC 操作，通過(guò)同時(shí)對兩個(gè)獨立的數據單元存取使得乘法操作和加法操作在一個(gè)MAC 時(shí)鐘周期內完成。整個(gè)過(guò)程必須在程序的控制下才能完成從乘法器的取數和對計算結果的轉存。由于內存和MAC 是互相獨立的，DSC 能在一條指令內執行兩個(gè)內存的數據交換，一個(gè)乘法和加法運算，兩個(gè)地址的更新等操作，使得很多DSC 級的處理器能更加高效的執行乘法運算。