基于TMS320C6201DSP處理器與FLASH存儲器接口系統設計

DSP是針對實(shí)時(shí)數字信號處理而設計的數字信號處理器，由于它具有計算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點(diǎn)，非常適合應用于嵌入式實(shí)時(shí)系統。自世界上第一片通用D5P芯片TMS320C10于1982年在美國T1公司產(chǎn)生以來(lái)，DSP處理器便顯示出強盛的生命力。短短二十多年，世界上許多公司便開(kāi)發(fā)出各種規格的DSP處理器，并使它們在通信、自動(dòng)控制、雷達、氣象、導航、機器人等許多嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域得到了廣泛應用。20世紀90年代后期美國TI公司推出的面向通訊領(lǐng)域的新一代32位的TMS320C6000系列DSP芯片(簡(jiǎn)稱(chēng)C6000)是目前世界上最先進(jìn)的DSP處理器，其中C62XX和C64XX為通用32位定點(diǎn)系列DSP處理器，C67XX為通用32位浮點(diǎn)系列DSP處理器，其指令速度分別高達960～4800MIPS和600MFLOPS～1GFLOPS，可與早期的巨型計算機速度相媲美，且單芯片功耗小于1．5W、采用BGA封裝(小型球柵陣列)、體積也很小(最大35mm×35mm×3．5mm)。因此，這些DSP處理器將在許多科技領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。FLASH存儲器是新型的可電擦除的非易失性只讀存儲器，屬于EEPROM器件，與其它的ROM器件相比，其存儲容量大、體積小、功耗低，特別是其具有在系統可編程擦寫(xiě)而不需要編程器擦寫(xiě)的特點(diǎn)，使它迅速成為存儲程序代碼和重要數據的非易失性存儲器，成為嵌入式系統必不可少的重要器件。DSP與FLASH存儲器的接口設計是嵌入式系統設計的一項重要技術(shù)，本文以基于三個(gè)C6201／C6701 DSP芯片開(kāi)發(fā)成功的嵌入式并行圖像處理實(shí)時(shí)系統為例，介紹這一設計技術(shù)。

1 C6201／C6701新一代DSP處理器

1．1 C6201／C6701的特點(diǎn)及外部存儲器接口EMIF

C6201為通用32位定點(diǎn)DSP處理器，C6701為通用32位浮點(diǎn)DSP處理器，它們采用并行度很高的處理器結溝，從而具有許多突出的特點(diǎn)：
DSP核采用改進(jìn)的超長(cháng)指令字(VLIW)體系結構和多流水線(xiàn)技術(shù)，具有8個(gè)可并行執行的功能單元，其中6個(gè)為ALU，兩個(gè)為乘法器，并分成相同功能的兩組，在沒(méi)有指令相關(guān)情況下，最高可同時(shí)執行8條并行指令； ·具有32個(gè)32位通用寄存器，并分成兩組，每組16個(gè)，大大加快了計算速度；

片上集成了大容量的高速程序存儲器和數據存儲措，最高可以200Mbit／s的速度訪(fǎng)問(wèn)，并采用改進(jìn)的多總線(xiàn)多存儲體的哈佛結構。程序存儲器為64K字節、256位寬．每個(gè)指令周期可讀取8個(gè)指令字，還可靈活設置為高速CACHE使用；數據存儲器采用雙存儲塊，每個(gè)存儲塊又采用多個(gè)存儲體，可靈活支持8／16／32位數據讀寫(xiě)。C6701還可支持64位訪(fǎng)問(wèn)，每個(gè)時(shí)鐘可訪(fǎng)問(wèn)雙32位故據．C6701還可訪(fǎng)問(wèn)雙64位IEEE雙精度浮點(diǎn)數據； 片上集成了32位外部存儲器接口EMIF，并且分成4個(gè)時(shí)序可編程的空間(CE0、CEl、CE2、CE3)，可直接支持各種規格SDRAM(除CEl空間外)、SBSRAM、SRAM、ROM、FLASH、FIFO存儲器。同時(shí)，CEl空間還可直接支持8／16位寬的異步存儲器讀訪(fǎng)問(wèn)，EMIF接口信號如圖1所示；

片上集成了4個(gè)主DMA控制器和一個(gè)輔助DMA控制器：
片上集成了兩個(gè)32位多功能定時(shí)器；
片上集成了兩個(gè)多通道通用串行通訊口；
片上集成了16位宿主機HPI端口，與EMIF端口一起?？芍С謽嫵刹⑿卸嗵幚砥飨到y；
片上集成的鎖相循環(huán)PLL電路，具有4倍頻外部時(shí)鐘的功能，從而在外部可采用較低的時(shí)鐘電路，而在片內可高頻（120MHz、150MHz、167MHz、200MHz）地進(jìn)行計算；
片上集成了符合IEEE標準的JTAG在系統仿真接口，大大方便了硬件調試；
具有一個(gè)復位中斷，一個(gè)非屏蔽中斷，4個(gè)邊沿觸發(fā)的可編程的可屏蔽中斷；
雙電源供電，內核電源為1．8V，外圍設備電源為3．3V，功耗低于1．5W；
采用352BGA小型球柵陣列封裝，體積很??；
具有豐富的適合數字運算處理的指令集，并且所有的指令為條件轉移指令。

C6201／C6701高度的并行結構特點(diǎn)、高速的時(shí)鐘頻率使其具有高達1600MIPS和400MMAC的運算能力，比通常使用的DSP計算速度快十幾倍，甚至幾十倍，再加上其具有并行執行、多功能、多任務(wù)的能力和豐富的指令集以及體積小、功耗低、易于使用的特點(diǎn)，使它非常適合在嵌入式實(shí)時(shí)系統中應用；同時(shí)TI公司開(kāi)發(fā)了高效的C編譯器和多功能的集成開(kāi)發(fā)系統CODE COMPOSER STUDIO(簡(jiǎn)稱(chēng)CCS)以及高性能的仿真器，大大簡(jiǎn)化程序代碼的編寫(xiě)與調試。

1．2 C620I／06701的引導工作方式

在加電后，C6201／C6701可采用直接從零地址(只能為外部存儲器)開(kāi)始執行程序的不引導方式工作；也可采用輔助DMA先自動(dòng)從宿主機HPI端口或外部CEl空間(8／16／32位ROM)加載64K字節程序至零地址(片上存站器或外部存儲器)，然后再從零地址開(kāi)始執行程序的引導方式工作。C6201／C6701的這些工作方式由上電復位時(shí)5個(gè)引導方式管腳BOOTMODE[4：0]的信號電平?jīng)Q定，這些電平信號還決定地址映射方式是采用某種類(lèi)型、速度的外部存儲器為零地址的MAPO方式，還是采用片上程序存儲器為零地址D6 MAPl方式。這種結構特點(diǎn)大大增加了系統設計的靈活性。在引導工作方式中，當零地址為片上程序存儲器時(shí)，程序直接從高速256位寬的片上程宇存儲器并行執行，能充分發(fā)揮DSP的高速性能；而其它工作方式中，程序是從外部慢速32位寬的存儲器開(kāi)始出行執行。因此，基于C6000的嵌入式系統一般采用引導三片上程序存儲器執行的工作方式，如表1所示。

2 FLASH存儲器MBM29LV800BA

2．1 MBM29LV800BA介紹

MBM29LV800BA是FUJITSU公司生產(chǎn)的1M×8／512K×l6位的FLASH存儲器，其管腳信號如圖2所示。／BYTE為×8或×16工作方式配置管腳(／BYTE接低時(shí)為×8方式，地址線(xiàn)為[A-1，A0，…A18]共20根，數據線(xiàn)為DQ[0：7]，數據線(xiàn)高8位不用；／BYTE接高時(shí)為×16方式，地址線(xiàn)為A[0：18]共19根，A-1，不用，數據線(xiàn)為DQ[0：15])；RY／*BY為表示FLASH就緒或忙的管腳(它是集電極開(kāi)路引腳，多個(gè)RY／*BY管腳可通過(guò)上拉電阻直接線(xiàn)與連接)。

MBM29LV800BA具有許多特點(diǎn)，主要如下