TMS320C6000 DSP芯片介紹

　　本文主要是關(guān)于TMS320C6000和DSP的相關(guān)介紹，并著重對(duì)TMS320C6000和DSP芯片進(jìn)行了詳盡的闡述。

　　DSP

　　數(shù)字信號(hào)處理是一種將現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)信號(hào)（專業(yè)術(shù)語稱之為連續(xù)信號(hào)）轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的信息的過程。比如人們說話的聲音，這就是一個(gè)連續(xù)信號(hào)，除此之外，現(xiàn)實(shí)生活中還有很多這樣的信號(hào)，比如光、壓力、溫度等等。這些信號(hào)通過一個(gè)模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換過程（稱之為AD），變成數(shù)字信號(hào)送給處理器，進(jìn)行數(shù)字計(jì)算，處理結(jié)束后，再把結(jié)果通過數(shù)字向模擬的轉(zhuǎn)換過程重新變成連續(xù)信號(hào)（稱之為DA）。用一般的通用微處理器可以完成這些工作，但是面臨的問題是滿足如此高的計(jì)算速度，就很難保證耗電量很低，更難保證價(jià)格足夠便宜。因此，另一種微處理器應(yīng)運(yùn)而生：數(shù)字信號(hào)處理器，簡稱DSP。

　　DSP是微處理器的一種，這種微處理器具有極高的處理速度。因?yàn)閼?yīng)用這類處理器的場(chǎng)合要求具有很高的實(shí)時(shí)性（Real Time）。比如通過移動(dòng)電話進(jìn)行通話，如果處理速度不快就只能等待對(duì)方停止說話，這一方才能通話。如果雙方同時(shí)通話，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)處理速度不夠，就只能關(guān)閉信號(hào)連接。在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)處理只能依靠MPU（微處理器）來完成。但MPU較低的處理速度無法滿足高速實(shí)時(shí)的要求。因此，直到70年代，有人才提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書上，即便是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限於軍事、航空航天部門。

　　90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DSP器件。現(xiàn)在的DSP屬於第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSP芯核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP芯片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們?nèi)粘ＯM(fèi)領(lǐng)域。

　　DSP芯片，也稱數(shù)字信號(hào)處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。DSP芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令，可以用來快速的實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。

　　根據(jù)數(shù)字信號(hào)處理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特點(diǎn)：

　　（1）在一個(gè)指令周期內(nèi)可完成一次乘法和一次加法。

　　（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)。

　?。?）片內(nèi)具有快速RAM，通常可通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問。

　?。?）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。

　?。?）快速的中斷處理和硬件I/O支持。

　?。?）具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。

　?。?）可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。

　?。?）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對(duì)較弱些。

　　TMS320C6000 DSP芯片介紹

　　近年來，以高速數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）為基礎(chǔ)的實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)飛速發(fā)展，并獲得了廣泛的應(yīng)用。TMS320C6000系列DSP是德州儀器公司（TI）推出的定點(diǎn)、浮點(diǎn)系列DSP，其中定點(diǎn)產(chǎn)品峰值處理能力達(dá)到4800MIPS，浮點(diǎn)產(chǎn)品峰值處理能力達(dá)到1350MFLOPS，是目前國際上性能最高的DSP之一，其卓越的性能使得它在傳統(tǒng)的DSP領(lǐng)域、雷達(dá)、無線電基站等高端領(lǐng)域，以及寬帶媒體、身份識(shí)別等新興領(lǐng)域都有很好的應(yīng)用前景。隨著DSP性能和功能的不斷增強(qiáng)，應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)越來越復(fù)雜，要將DSP的性能充分釋放出來，合理的板級(jí)設(shè)計(jì)是DSP系統(tǒng)開發(fā)人員面臨的一個(gè)關(guān)鍵性的問題。

　　TI公司的三種新型TMS320 DSP系列和OMAP系列

　　1.TMS320C2000——作控制用的最佳DSP，可以替代老的C1X和C2X。

　　TMS320C20X系列DSP芯片具有如下特點(diǎn)：

　?。?）處理能力強(qiáng)：指令周期最短是25nm，運(yùn)算處理能力達(dá)40MIPS。

　　（2）片內(nèi)具有較大的FLASH存儲(chǔ)器：TMS320C20X是最早使用片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器的DSP芯片，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器具有比ROM靈活、比RAM便宜的特點(diǎn)，TMS320F206和TMS320F207的片內(nèi)具有32KB的FLASH存儲(chǔ)器和4.5KB的RAM。

　?。?）芯片的功耗低：TMS320C20X系列DSP芯片在5V工作時(shí)每個(gè)MIPS消耗1.9mA電流，在3.3V工作時(shí)每個(gè)MIPS消耗1.1mA電流4）芯片的資源配置靈活。

　　TMS320C2000系列DSP芯片價(jià)格低，具有較高額性能和適用于控制領(lǐng)域的功能，因此可以廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、電機(jī)控制、運(yùn)動(dòng)控制、電力電子、家用電器等領(lǐng)域。現(xiàn)在有趨勢(shì)集中在以下兩個(gè)方向上：

　?。?）C20X16位定點(diǎn)DSP，速度為20MIPS，主要用途是電話、數(shù)字相機(jī)、售貨機(jī)等，其中：F206帶有閃速存儲(chǔ)器。

　?。?）C24X16位定點(diǎn)DSP，速度為20MIPS，用作數(shù)字馬達(dá)控制、工業(yè)自動(dòng)化、電力轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、空調(diào)等。

　　2.TMS320C5000——低功耗高性能DSP，16位定點(diǎn)，速度40～200MIPS。

　　主要用途是有線和無線通信、IP、便攜式信息系統(tǒng)、尋呼機(jī)、助聽器等。TMS320C54XX系列DSP芯片具有如下特點(diǎn)：

　?。?）：運(yùn)算速度快：其運(yùn)算速度可達(dá)500MIPS。

　　（2）優(yōu)化的CPU結(jié)構(gòu)。

　?。?）芯片的低功耗工作方式：TMS320C54XX的DSP核可以在3.3、2.5、1.8V甚至更低電壓下工作，特別適合于無限移動(dòng)設(shè)備。

　?。?）芯片具有智能外設(shè)：提供了多通道緩沖串行口。以及和外部處理器通信的主機(jī)HPI。

　　目前，C5000系列中又有三種新成員，一種是C5402，這是廉價(jià)型的DSP，速度保持100MIPS，片內(nèi)存儲(chǔ)空間稍小一些，RAM為16K、ROM為4K。主要應(yīng)用對(duì)象是無線Modem、新一代PDA、網(wǎng)絡(luò)電話和其它電話系統(tǒng)以及消費(fèi)類電子產(chǎn)品。第二種是C5420，它擁有兩個(gè)DSP核，速度達(dá)到200MIPS，200K片內(nèi)RAM，功耗0.32mA/MIPS，200MIPS全速工作時(shí)不超過120mW，為業(yè)內(nèi)功耗最低的DSP。C5420是當(dāng)今集成度最高的定點(diǎn)DSP，適合于做多通道基站、服務(wù)器、Modem和電話系統(tǒng)等要求高性能、低功耗、小尺寸的場(chǎng)合。第三種是C5416，它是TI公司0.15μm器件中的第一款，速度為160MIPS，有三個(gè)多通道緩沖串行口（McBSPs），能夠直接與T1或E1線路聯(lián)接，不需要外部邏輯電路，有128K片內(nèi)RAM。應(yīng)用對(duì)象是VoIP、通信服務(wù)器、PBX（專用小交換機(jī)）和計(jì)算機(jī)電話系統(tǒng)等。

　　3.TMS320C6000——這是TI公司1997年2月推向市場(chǎng)的高性能DSP，綜合了目前DSP的所有優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）具有最佳的性價(jià)比和低功耗。

　?。?）運(yùn)行速度快：指令周期最小為3.3ns，運(yùn)算能力為2400MIPS。

　?。?）指令集不同：一條指令中組合了幾個(gè)執(zhí)行單元，結(jié)合其獨(dú)特的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，充分發(fā)揮其內(nèi)部集成的各執(zhí)行單元的獨(dú)立運(yùn)行能力。

　　（4）大量的片內(nèi)存儲(chǔ)器和大范圍的尋址能力：片內(nèi)最多集成了512K字程序存儲(chǔ)器和512K字?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并擁有32位的外部存儲(chǔ)器借口。

　　（5）智能外設(shè)：內(nèi)部集成了4-16個(gè)DMA借口，2-3個(gè)多通道緩沖串口，2個(gè)32位定時(shí)器等。由于TMS320C6000系列具有極高的性能，因此可以廣泛地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，主要應(yīng)用于：數(shù)字移動(dòng)通信、個(gè)人通信系統(tǒng)、個(gè)人數(shù)字助理、數(shù)字無線通信、無線數(shù)據(jù)通信、便攜式因特網(wǎng)音頻處理器。

　　在老的TI DSP系列中，浮點(diǎn)C30還是TI公司主推的產(chǎn)品，因此它的售價(jià)不像其它老系列每年都要提升。TI公司還在對(duì)這個(gè)型號(hào)作性能改進(jìn)和制造廉價(jià)型，如新近推出的C33采用0.18μm制造工藝，有1M RAM，速度為120Mflops，為老產(chǎn)品的兩倍，而價(jià)格僅5美元。速度更高的150Mflops為8美元。C33與其它C3X器件代碼兼容，所以用戶可以保護(hù)其軟件環(huán)境，在他們換用新器件時(shí)還可以減少開發(fā)時(shí)間。

　　4.OMAP（Open Multimedia Applications Platform，開放式多媒體應(yīng)用平臺(tái)）

　　這是TI公司推出的專門為支持第三代（3G）無線終端應(yīng)用而設(shè)計(jì)的應(yīng)用處理器體系結(jié)構(gòu)。OMAP處理器平臺(tái)提供了語言、數(shù)據(jù)和多媒體所需的帶寬和功能，可以極低的功耗為高端3G無線設(shè)備提供極佳的性能。OMAP嵌入式處理器系列包括應(yīng)用處理器及集成的基帶應(yīng)用處理器，目前已廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)的多媒體數(shù)據(jù)處理、語音識(shí)別系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)通信、無線通信、PDA、Web記事本、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。

　　TMS320C6000 DSP和Bootloader、VectorTable

　　1. Bootloader

　　如上圖，

　?。?）在Device Reset階段：

　　設(shè)備初始化為默認(rèn)狀態(tài)，大部分三態(tài)輸出都配置為高阻態(tài)。

　　（2）在CPU Reset階段：

　　從RS上升沿處開始（這個(gè)時(shí)候，根據(jù)HD［4:3］配置啟動(dòng)模式，HD8配置大小端模式，CLKMODE配置輸入時(shí)鐘源，根據(jù)HPI_EN配置外設(shè)功能），處理器檢查啟動(dòng)模式HD［4:3］，啟動(dòng)bootloader程序。

　　EDMA自動(dòng)將CE1開始位置的1KB代碼拷貝到內(nèi)部程序存儲(chǔ)器的0地址。

　　（3）RESET信號(hào)恢復(fù)高電平，CPU從內(nèi)存0地址處開始運(yùn)行程序

　　2. Interrupt Vector Table（Interrupt Service Table， IST）

　　處理器在RESET為低電平時(shí)復(fù)位，在RESET的上升沿，啟動(dòng)配置被鎖定，開始從0地址處執(zhí)行程序。一旦ROM啟動(dòng)完成（將外部ROM的1KB程序拷貝到內(nèi)存0地址完成），寄存器初始化為默認(rèn)值，程序計(jì)數(shù)器PC裝載復(fù)位中斷向量（復(fù)位中斷向量需要在0地址處），CPU開始從0地址開始執(zhí)行，這個(gè)地址稱為復(fù)位向量。

　　默認(rèn)的，中斷服務(wù)表（IST）也在0地址處。IST是中斷向量的一個(gè)集合，當(dāng)CPU中斷發(fā)生時(shí)，PC自動(dòng)通過中斷向量跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)程序。每個(gè)中斷向量都是8個(gè)字（WORD）對(duì)齊。IST可以重映射到任意的以0x400-byte對(duì)齊的位置，但需要修改中斷服務(wù)表指針（ISTP），在復(fù)位時(shí)，ISTP初始化為0值，IST首地址與復(fù)位向量對(duì)齊。

　　（1）創(chuàng)建中斷向量表

　　IST由32個(gè)服務(wù)向量組成，每個(gè)向量對(duì)應(yīng)一個(gè)CPU中斷，特殊的：中斷號(hào)0對(duì)應(yīng)復(fù)位向量，中斷號(hào)1對(duì)應(yīng)不可屏蔽中斷（NMI）。中斷4~15對(duì)應(yīng)各種信號(hào)事件的中斷。中斷號(hào)為n的中斷向量的地址為

　　比如，ISTP重定位到0x1000，中斷號(hào)為4的中斷向量地址為Addr=0x1000+0x20*4=0x1080。

　　每個(gè)中斷向量必須在8條指令內(nèi)完成，若無法在8條指令內(nèi)完成，必須將一些工作放到中斷服務(wù)程序（Interrupt Service Routine， ISR）中完成。

　　.sect vectorsRESET： MVK .S2 Start， B0 ; Load Start address MVKH .S2 Start， B0 ; Load Start address B .S2 B0 ; Branch to start NOP NOP NOP NOP NOPNMI_ISR： MVK .S2 Nmi_isr， B0 MVKH .S2 Nmi_isr， B0 B .S2 B0 NOP NOP NOP NOP NOP

　　上面是包含了復(fù)位和不可屏蔽中斷的中斷向量表的一個(gè)例子，主要是完成一個(gè)跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的功能。

　?。?）中斷服務(wù)程序（ISR）

　　當(dāng)使用-c或-cr鏈接器選項(xiàng)時(shí)，DSP的C編譯器自動(dòng)的創(chuàng)建了函數(shù)_c_int00，這個(gè)函數(shù)對(duì)應(yīng)C程序的入口地址，復(fù)位向量必須跳轉(zhuǎn)到_c_int00地址處。當(dāng)C程序遇到一個(gè)CPU中斷時(shí)，在中斷向量表中或中斷服務(wù)程序中要使用的CPU寄存器都將先被壓入堆棧，一旦中斷服務(wù)程序完成，堆棧中的值彈出到對(duì)應(yīng)的寄存器，繼續(xù)執(zhí)行原C程序。

　　中斷服務(wù)程序需要使用關(guān)鍵字interrupt聲明，

　　interrupt void myISR（void）{ /* Code for myISR */ …}

　　中斷服務(wù)程序沒有返回值，也沒有參數(shù)，interrupt的功能就是在執(zhí)行該中斷服務(wù)程序前自動(dòng)將寄存器壓棧，執(zhí)行完后自動(dòng)的彈棧。

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　　* vecs.asm

　　* Copyright 2003 by SEED Electronic Technology Ltd.

　　* All rights reserved. Property of SEED Electronic Technology Ltd. *

　　* Designed by： Hongshuai.Li *

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　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* Global symbols defined here and exported out of this file

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.global _vectors

　　.global _c_int00

　　.global _vector1

　　.global _vector2

　　.global _vector3

　　.global _vector4

　　.global _vector5

　　.global _vector6

　　.global _vector7

　　.global _c_int08 ; Hookup the c_int08 ISR in main（）

　　.global _vector9

　　.global _vector10

　　.global _vector11

　　.global _vector12

　　.global _vector13

　　.global _vector14

　　.global _vector15

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* Global symbols referenced in this file but defined somewhere else.

　　* Remember that your interrupt service routines need to be referenced here.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.ref _c_int00

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is a macro that instantiates one entry in the interrupt service table.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　VEC_ENTRY .macro addr

　　STW B0，*--B15

　　MVKL addr，B0

　　MVKH addr，B0

　　B B0

　　LDW *B15++，B0

　　NOP 2

　　NOP

　　NOP

　　.endm

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is a dummy interrupt service routine used to initialize the IST.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　_vec_dummy：

　　B B3

　　NOP 5

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is the actual interrupt service table （IST）。 It is properly aligned and

　　* is located in the subsection .text:vecs. This means if you don‘t explicitly

　　* specify this section in your linker command file， it will default and link

　　* into the .text section. Remember to set the ISTP register to point to this

　　* table.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.sect “.text:vecs”

　　.align 1024

　　_vectors：

　　_vector0： VEC_ENTRY _c_int00 ;RESET

　　_vector1： VEC_ENTRY _vec_dummy ;NMI

　　_vector2： VEC_ENTRY _vec_dummy ;RSVD

　　_vector3： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector4： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector5： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector6： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector7： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector8： VEC_ENTRY _c_int08 ; Hookup the c_int08 ISR in main（）

　　_vector9： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector10： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector11： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector12： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector13： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector14： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector15： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　********************************************************************************

　　* End of vecs.asm

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　　上面是一個(gè)實(shí)際使用的C6713的中斷向量表的匯編文件（vecs.asm），其中定義了全部15個(gè)中斷向量，復(fù)位向量跳轉(zhuǎn)到_c_int00地址，8號(hào)中斷向量跳轉(zhuǎn)到_c_int08函數(shù)地址，在C主程序中應(yīng)該做如下定義，

　　/* * interrupt function */interrupt void c_int08（void）{ }

　　另外，由于在C程序中的PC跳轉(zhuǎn)到中斷向量地址是遠(yuǎn)跳轉(zhuǎn)，因此有時(shí)需要在C程序中聲明中斷向量地址為遠(yuǎn)地址，如下，

　　extern far void vectors（）;

　　其中的vectors（）表示中斷向量表的起始地址（匯編中使用了_vectors）。

　　結(jié)語

　　關(guān)于TMS320C6000和DSP的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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