TMS320C2XX開發(fā)設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題

摘要：以TMS320F206為例，闡述了TMS320C2XX系列DSP芯片硬軟件設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問題。著重探討了硬件設(shè)計(jì)、流水線沖突、中斷資源、閃速存儲器的使用等幾個(gè)重點(diǎn)問題。

高速數(shù)字信號處理器是當(dāng)前信息產(chǎn)業(yè)的熱點(diǎn)技術(shù)之一，采用最先進(jìn)的DSP無疑會使所開發(fā)的產(chǎn)品具有更強(qiáng)的市場競爭力。與普通的MCU相比，DSP芯片放棄了馮·諾依曼結(jié)構(gòu)，采用程序存儲器總線和數(shù)據(jù)存儲器總線分開的改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，獨(dú)立的程序和數(shù)據(jù)存儲器空間允許同時(shí)存取程序指定和數(shù)據(jù)，因而大大提高了處理速度。在改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，DSP芯片廣泛采用流水線操作減少指令執(zhí)行時(shí)間，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了處理器的數(shù)據(jù)處理能力，非常適合于實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理，但同時(shí)也給設(shè)計(jì)者帶來了高頻干擾和流水線沖突等諸多問題。

TMS320C2XX系列DSP芯片結(jié)構(gòu)資源相似，開發(fā)工具相同，因而其開發(fā)設(shè)計(jì)具有很高的可比性。TMS320F206（以下簡稱F206）是TI公司TMS320C2XX系列的一款高性價(jià)比定點(diǎn)DSP，目前已廣泛應(yīng)用于圖形圖像處理、語音處理、通信及儀器儀表等領(lǐng)域。由于DSP的開發(fā)、應(yīng)用方式與普通的MCU差異很大，因此探討其開發(fā)設(shè)計(jì)很有必要。筆者在設(shè)計(jì)以DSP為核心的產(chǎn)品開發(fā)F206時(shí)的幾點(diǎn)心得，希望對正在和即將進(jìn)行TMS320C2XX列系DSP開發(fā)的同仁們有所幫助。

1 TMS320F206簡介

F206是100引腳的TQFP（正方扁平）封裝，它主要具有如下特點(diǎn)：

（1）處理能力強(qiáng)。若時(shí)鐘采用20MHz晶振，則指令周期50ns，運(yùn)算能力高達(dá)20MIPS。DSP芯片采用靜態(tài)CMOS集成工藝制作，采用四級流水線操作，其先進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)允許對數(shù)據(jù)與指令的操作同時(shí)進(jìn)行，因而大大提高了數(shù)據(jù)的吞吐率和指令的執(zhí)行速度，特殊的DSP指令系統(tǒng)提供了功能強(qiáng)大的數(shù)字信號處理操作。

（2）片內(nèi)具有32K×16位的閃速存儲器和4.5K×16位的RAM。利用閃速存儲器存儲程序，不令降低了成本、減小了體積，同時(shí)系統(tǒng)軟件升級也非常方便；大容量的片內(nèi)RAM可滿足大多數(shù)設(shè)計(jì)要求，無需擴(kuò)展片外存儲器，既降低了成本又使硬件設(shè)計(jì)十分簡潔。

（3）地址映射分為4個(gè)可獨(dú)立尋址的空間：

·64K字程序存儲器，包含程序執(zhí)行所用的指令和數(shù)據(jù)。

·64K字本地?cái)?shù)據(jù)存儲器，保存指令所用的數(shù)據(jù)。

·32K字全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲器，保存與其它處理器共用的數(shù)據(jù)，或者用作額外數(shù)據(jù)空間。本地?cái)?shù)據(jù)存儲器的上端32K字（8000h-FFFFH）地址空間可用作全局?jǐn)?shù)據(jù)存儲器。

·64K字的輸入/輸出（I/O）空間，與外部外圍接口，并且包含片內(nèi)外圍寄存器。

（4）資源豐富。F206具有1個(gè)同步串行口SSP、1個(gè)異步串行口ASP、1個(gè)軟件可編程定時(shí)器（TIMER）以及大量中斷資源和獨(dú)特的JTAG接口等。由于與目標(biāo)系統(tǒng)之間采用了JTAG邏輯掃描電路接口（基于IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)），在仿真時(shí)不占用硬件資源，且可隨時(shí)終止仿真察看CPU內(nèi)部及外設(shè)的工作情況，使得程序的調(diào)試和查錯(cuò)十分方便。通過JTAG端口可向片內(nèi)Flash串行下載程序，無需專門的編程器（XDS510仿真器即具有編程功能），進(jìn)一步減少了開發(fā)成本，便于開發(fā)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品的軟件升級。

2 硬件設(shè)計(jì)與調(diào)試

2.1 硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題

F206硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)：

（1）時(shí)鐘電路。DSP時(shí)鐘可由外部提供，也可由板上的振蕩器提供。但一般DSP系統(tǒng)中經(jīng)常使用外部時(shí)鐘輸入，因?yàn)槭褂猛獠繒r(shí)鐘時(shí)，時(shí)鐘的精度高、穩(wěn)定性好、使用方便。由于DSP工作是由時(shí)鐘為基準(zhǔn)，如果時(shí)鐘質(zhì)量不高，那么系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性就很難保證。因此，若采用外部時(shí)鐘，選擇晶振時(shí)應(yīng)對其穩(wěn)定性、毛刺做全面的檢驗(yàn)，以便DSP系統(tǒng)可靠地工作。

（2）復(fù)位電路。應(yīng)同時(shí)設(shè)計(jì)上電復(fù)位電路和人工復(fù)位電路，在系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)故障時(shí)可方便地人工復(fù)位。對于復(fù)位電路，一方面應(yīng)確保復(fù)位低電平時(shí)間足夠長，保證DSP可靠復(fù)位；另一方面應(yīng)保證穩(wěn)定性良好，防止DSP誤復(fù)位。

（3）在DSP電路中，對所有的輸入信號必須有明確的處理，不能懸浮或置之不理。尤其要注意的是：若設(shè)計(jì)中沒有到不可屏蔽硬件中斷NMI，則硬件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保將其相應(yīng)引腳拉高，否則程序運(yùn)行時(shí)會出現(xiàn)不可預(yù)料的結(jié)果。若設(shè)計(jì)中用到NMI，也應(yīng)在程序正常執(zhí)行階段置其相應(yīng)引腳為高電平。

（4）模擬電路與數(shù)字電路應(yīng)分開布置，獨(dú)立布線后應(yīng)單點(diǎn)連接電源和地，避免相互干擾。

（5）DSP、片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器接入電源前，應(yīng)加濾波電容并使其盡量靠近芯片電源引腳，以濾除電源噪聲。另外，在DSP與片外程序存儲器和數(shù)字存儲器等關(guān)鍵部分周圍建議布上地網(wǎng)，以減少外界干擾。

（6）片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器應(yīng)盡量靠近DSP芯片放置，同時(shí)要合理布局，使數(shù)據(jù)線和地址線長短基本保持一致。對于DSP系統(tǒng)而言，應(yīng)選擇存取速率與DSP相仿的外部存儲器，不然DSP的高速處理能力將不能充分發(fā)揮。DSP指令周期為ns級，因而DSP硬件系統(tǒng)中最易出現(xiàn)的問題是高頻干擾，因此在制作DSP硬件系統(tǒng)的印制電路板（PCB）時(shí)，應(yīng)特別注意對地址線和數(shù)據(jù)線等重要信號線的布線要做到正確合理。布線時(shí)盡量使高頻線短而粗，且遠(yuǎn)離易受干擾的信號線，如模擬信號線等。

當(dāng)DSP周圍電路較復(fù)雜時(shí)，建議將DSP及其時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器制作成最小系統(tǒng)，以減少干擾、筆者曾在這個(gè)問題上花費(fèi)大量時(shí)間和精力，由于干擾嚴(yán)重，DSP根本無法正常工作。后將DSP及其時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、片外程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器制成最小系統(tǒng)，主要信號線通過金手指與其它相應(yīng)電路相連，結(jié)果DSP系統(tǒng)運(yùn)行正常。

2.2 硬件調(diào)試時(shí)應(yīng)注意的問題

在硬件調(diào)試前，應(yīng)先對電路板進(jìn)行細(xì)致的檢查，觀察有無短路或斷路情況（由于DSP的PCB板布線一般較密、較細(xì)，這種情況發(fā)生概率還是比較高的）。加電后，應(yīng)用手感覺是否有些芯片特別熱。如果發(fā)現(xiàn)有些芯片燙得厲害，需立即掉電重新檢查電路。排除故障后，接著就應(yīng)檢查晶體是否振蕩，復(fù)位是否正確可靠。然后用示波器檢查DSP的CLK-OUT1和CLK-OUT2引腳的信號是否正常，若正常則表明DSP本身工作基本正常。

2.2.1 保證電源的穩(wěn)定可靠

在DSP硬件系統(tǒng)調(diào)試前，應(yīng)確保給實(shí)驗(yàn)板供電的電源有良好的恒壓恒流特性。尤其要注意的是，DSP的入口電壓應(yīng)保持在5.0±0.05V。電壓過低，則通過JTAG接口向Flash寫入程序時(shí)，會出現(xiàn)錯(cuò)誤提示；電壓過高，則會損壞DSP芯片。由于電源電壓過高，筆者曾有過一個(gè)上午燒壞3塊DSP的慘痛

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