高性能浮點(diǎn)DSP芯片TMS320VC33

摘要：TMS320VC33是美國TI公司新推出的TMS320C3X系列新一代浮點(diǎn)式數字信號處理器。它以高速、低功耗、低成本、易于開(kāi)發(fā)為顯著(zhù)特點(diǎn)。是通信、手機、MODEM、DVD、便攜式儀器儀表中需要進(jìn)行俘點(diǎn)運算應用中的一種理想 的DSP器件。文中介紹了TMS320VC33的硬件結構、性能特點(diǎn)、指令系統、仿真工具和開(kāi)發(fā)環(huán)境，最后給出了由TMS320VC33組成的最小應用系統。

關(guān)鍵詞：數字信號處理器 TMS320VC33 浮點(diǎn)DSP

TMS320VC33是TI公司新推出的TMS320VC3X系列新一代浮點(diǎn)DSP。它是在原來(lái)的TMS320C31浮點(diǎn)DSP的基礎上開(kāi)發(fā)一個(gè)價(jià)格更低的版本（15US$），該產(chǎn)品以高速、低功耗、低成本、易于開(kāi)發(fā)為顯著(zhù)特點(diǎn)。由于它采用了內部1.8V、外部3.3V供電，因而功耗比原有型號降低了大約一個(gè)數量級，而且能支持高達150M/FLOPS的運行速率，是需浮點(diǎn)運行的便攜式產(chǎn)品應用場(chǎng)合中的一種理想的DSP器件。

1 TMS320VC33的硬件結構

TMS320VC33采用144腳LQFP四邊形封裝。表1所列是其引腳號與引腳名稱(chēng)的對應關(guān)系表。圖1是其功能結構圖。它的主要性能如下：

表1 144腳LQFP封裝的TMS320VC33引腳號碼與引腳名稱(chēng)的對應關(guān)系表

●具有高速的浮點(diǎn)運算能力，其中TMS320VC33-150型在13ns單周期指令執行時(shí)間時(shí)為150MFLOPS和75MIPS；而TMS320VC33-120型在17ns單周期指令執行時(shí)間時(shí)為120MFLOPS；60MIPS；

●帶有34k×32位（1.1M位）的片內雙靜態(tài)RAM，分為2個(gè)16k×32位塊和2個(gè)1k×32位塊；

●內含5倍頻的鎖相環(huán)（PLL）時(shí)鐘發(fā)生器；

●低功耗，在150MFLOPS下運行時(shí)，功耗低于200mW。

●帶有32位的高性能CPU;

●可進(jìn)行16/32位整數和32/40位的浮點(diǎn)操作；

●具有四個(gè)內部譯碼頁(yè)選，可大大簡(jiǎn)化與I/O及存儲器的接口；

●帶有啟動(dòng)程序裝載功能；

●外部中斷可選擇邊沿觸發(fā)方式和電平觸發(fā)方式；

●具有32位的指令字，24位的地址線(xiàn)；

●內含8個(gè)擴展精度寄存器；

●片內存儲器可映射外設，其中包括一個(gè)串行口、2個(gè)32位定時(shí)器和一個(gè)DMA；

●采用TI公司的0.8μm Timeline TM制造技術(shù)；

●采用144管腳LQFP封裝；

●帶有2個(gè)地址發(fā)生器、8個(gè)輔助寄存器和2個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元（ARAUs）；

●具有兩個(gè)低功耗模式；

●支持2個(gè)或3個(gè)操作數指令；

●在一個(gè)單指令周期并行進(jìn)行算術(shù)/邏輯單元（ALU）和乘法器運算；

●具有塊重復功能；

●可零開(kāi)銷(xiāo)循環(huán)和單周期分支；

●具有條件調用和條件返回指令；

●總線(xiàn)控制寄存器配置選通控制等待狀態(tài)數；

●采用1.8V內核，3.3V I/O供電；

●具有符合IEEE 1149標準的片內掃描仿真接口（JTAG）。

圖2是TMS320VC33存儲器映像圖。

2 TMS320VC33的指令系統

除了個(gè)別在C32才有的外設和在C30才有的第二個(gè)外部端口以及第二串行口外，所有的C3XDSP代碼都是兼容的，因此它們都是基于同樣技術(shù)的浮點(diǎn)CPU。TMS320VC33的指令集就是以前的C3X指令集。共分為6個(gè)功能組：1.裝入與存儲指令；2.兩操作數算術(shù)/邏輯運算指令；3.三操作數算術(shù)/邏輯運算指令；4.程序控制令；5.互鎖操作指令；6.并行操作指令等。使用C3X指令集編程需注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

（1）延時(shí)轉移的使用

延時(shí)轉移在單周期內執行，而通常的轉移需要4個(gè)周期，不管轉移發(fā)生與否，后面的三條指令總是要執行的。如果后面的指令少于三條，則使用延時(shí)轉移時(shí)要再加上無(wú)操作指令（NOP），這樣可以節省機器時(shí)間。

（2）單指令/指令塊循環(huán)結構的使用

使用這種方式可以做到零開(kāi)鎖循環(huán)，不過(guò)要注意RPTS是不可中斷的。

（3）并行指令的使用

在執行乘法時(shí)，可以并行執行加（減）；在做乘法或算術(shù)/邏輯運算時(shí)，可以并行行執行存儲。以此來(lái)提高單周期內執行的操作個(gè)數。為了最大限度地提高效率，要注意并行指令中的尋址模式，并適當地安排數據。

（4）最大限度地使用寄存器

寄存器是訪(fǎng)問(wèn)存儲器的有效途徑。加強寄存器的使用，有助于使用并行指令，也有助于防止在各種尋址模式中使用寄存器時(shí)可能產(chǎn)生的流水沖突。

（5）高速緩存的使用

在與此同時(shí)片外慢速存儲器連接時(shí)，高速緩存的使用顯得特別重要。對于使用者來(lái)說(shuō)，cache是透明的，只需將其使能即可。

（6）盡量使用片內存儲器

片內存儲器的訪(fǎng)問(wèn)速度要快得多。在單周期內存儲器可以調出2個(gè)操作數，如果首先使用與CPU并行的DMA來(lái)將數據傳入片內存儲器，以可以最大限度地發(fā)揮其功能。

（7）避免流水作業(yè)時(shí)的沖突

在時(shí)間要求很苛刻的情況下，要確保不會(huì )因為沖突而丟失任何機器周期。為了驗證沖突的存在，可在開(kāi)發(fā)工具上（軟、硬仿真器）對該程序進(jìn)行跟蹤，以及時(shí)確認流水作業(yè)的沖突，再經(jīng)認真分析沖突的原因，進(jìn)而解決有關(guān)問(wèn)題。

3 仿真工具及開(kāi)發(fā)環(huán)境

由于所有C3X DSP具有相同的CPU，所以'C30、'31或'32上的程序可以很方便地移植到VC33上來(lái)使用，也可以用現有的C3X開(kāi)發(fā)工具來(lái)編寫(xiě)VC33程序。

TMS320C3X的開(kāi)發(fā)工具有：

C3X軟件仿真器；

C3X優(yōu)化C編譯/匯編器；

DSK（Design Starter Kit）；

評估板EVM（Evaluation Module）；

XDS510'C3XC source dedugger software;

XDS510 emulator hardware with JTAG;

C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO.

其中，C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO是一個(gè)集成的開(kāi)發(fā)平臺，具有編輯、匯編、編譯、軟硬件仿真調試功能，是一個(gè)界面非常友好、功能完善的開(kāi)發(fā)軟件.

4 最小應用系統

在采用TMS320VC33來(lái)組成應用系統時(shí)，首先要考慮TMS320VC33所具有的各種功能是否滿(mǎn)足應用系統的要求，如能滿(mǎn)足，則稱(chēng)這樣的系統為最小系統.VC33由于其片內無(wú)ROM（或EPROM或FLASH），故其最小應用系統還應包括外接的EPROM或FALSH程序存儲器芯片.當最小系統不能滿(mǎn)足系統功能的要求時(shí)，需擴展ROM、ROM、I/O、A/D、D/A及其它所需的外圍芯片.DSP最小系統還包括沒(méi)有集成在芯片內的其它器件如晶體振蕩電路、復位開(kāi)發(fā)和電源管理芯片等。

圖3為典型的TMS320VC33最小應用系統的電路原理圖，利用該電路可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)對TMS320VC33芯片系統仿真開(kāi)發(fā)和學(xué)習研究，其中TPS73HD301用于向VC33提供3.3V和1.8V的電源信號，并由外部電路提供15MHz的時(shí)鐘信號，當EDGEMODE接高電平時(shí)，為外部邊沿觸發(fā)中斷方式；MCBL/MP引腳為高電平時(shí)可使VC33工作于微計算機自引導方式，在這種方式下，TMS320VC33可從JTAG仿真口直接設定裝入程序運行，不過(guò)在應用系統由三個(gè)特定的地址裝入程序（BOOT1，BOOT2，BOOT3）或從串口裝入程序時(shí)，具體應用系統應視需要來(lái)設計確定。