DSP硬件系統(tǒng)設(shè)計

1、第,8,章,DSP,硬件系統(tǒng)設(shè)計,6,學(xué)時,主要內(nèi)容,電源、時鐘、復(fù)位電路,JTAG,電路,存儲器設(shè)計,AD/DA,電路,DSP,系統(tǒng)自舉,V,CORE,數(shù)據(jù),V,I/O,RESET,地址,DSP,控制,CLK,片內(nèi)外設(shè),JTAG,D/A,存儲,器,JTAG,時鐘,復(fù)位,電源,A/D,通信接,口,8.1.1,電源電路,TMS320C54x DSP,一般都采用雙電源、低電壓設(shè),計。一般內(nèi)核電源采用,1.8V,或,1.6V,或,1.5V,I/O,電,源采用,3.3V,這樣可以降低芯片功耗、又能方便,和片外設(shè)備連接,C54x DSP,的電流消耗取決于,DSP,芯片的工作狀,態(tài)和整個,DSP,系統(tǒng)中其

2、他器件消耗電流的情況,在具體設(shè)計的時候需要估算整個系統(tǒng)的功耗情況,然后選擇滿足電流要求的電源設(shè)備。一般來說,整個系統(tǒng)中,DSP,的功耗最大，當(dāng),DSP,空閑時，應(yīng),當(dāng)盡量讓,DSP,工作于等待狀態(tài)或休眠狀態(tài)，以減,少消耗,可以作為,DSP,電源的芯片比較多，如,Maxim,公司的,MAX604,和,MAX748,TI,公司的,TPS72X,和,TPS76X,等。這,些芯片可分為線性電源和開關(guān)電源兩種。線性電源使用在,對功耗要求不高的場合，且線性電源紋波電壓小，對系統(tǒng),干擾??；開關(guān)電源的效率高，一般使用在對功耗要求較高,的場合，相對線性電源來說，開關(guān)電源的紋波電壓大，有,可能會對系統(tǒng)產(chǎn)生干擾,在

3、實際設(shè)計中可采用,5V,輸入電源，然后分別產(chǎn)生,3.3V,和,1.8V,電壓。如,TI,公司提供的雙路輸出,TPS67D325,芯片,此芯片,2.7,至,10V,輸入（典型,5V,輸入），可調(diào)輸出（可調(diào),范圍在,1.5,至,5.5V,之間），輸出每路輸出最大電流為,1A,同時提供寬度為,200ms,的復(fù)位低電平輸出。具體電路如圖,8.2,所示,8.1.2,省電方式設(shè)計,C54x DSP,省電方式可以使,CPU,臨時處于低功耗的休眠狀態(tài)，但保持,CPU,中的內(nèi)容，直到省電方式結(jié)束,CPU,繼續(xù)工作,C54x DSP,省電,方式可以通過執(zhí)行,IDLE1,IDLE2,IDLE3,指令，或使,HOLD

4、,管腳成低,電平、同時將,HM,狀態(tài)位置,1,使之進(jìn)入省電模式,閑置方式,1,閑置方式,2,閑置方式,3,保持模式,其他省電方式,除了上述,4,個省電方式外，還可以通過外部總線關(guān)閉和,CLKOUT,關(guān)斷來實,現(xiàn)省電模式,C54x DSP,通過分區(qū)開關(guān)控制寄存器,BSCR,的第,0,位置,1,來關(guān)斷外部接口時鐘,使接口處于低功耗模式。復(fù)位時，此位清零，外部接口時鐘恢復(fù)。時鐘關(guān)斷,功能使,C54x,可以用軟件指令編輯,PMST,的,CLKOFF,位決定,CLKOUT,是否有效,復(fù)位時,CLKOUT,有效,8.1.3,復(fù)位電路,當(dāng),C54x,的復(fù)位輸入引腳,RS,上出現(xiàn)連續(xù),5,個,外部時鐘周期以上

5、低電平就能強(qiáng)制,DSP,進(jìn),入復(fù)位狀態(tài)，芯片內(nèi)部所有相關(guān)寄存器初,始化。復(fù)位后程序從指定的存儲地址,FF80H,開始運行。若,RS,管腳一直保持低電,平，芯片就始終處于復(fù)位狀態(tài),RS,C54X,3.3V,RS,C54X,3.3V,C,R,K,R2,R1,C,自動復(fù)位電路,對于整個,DSP,系統(tǒng)來說，上電復(fù)位電路的好環(huán)直接關(guān),系到系統(tǒng)的正常工作,DSP,由于各種干擾而導(dǎo)致系統(tǒng),無法正常工作時，系統(tǒng)若能自動提供一個復(fù)位信號就,可以重起系統(tǒng)，因此復(fù)位電路一般會采用具有監(jiān)視功,能的自動復(fù)位電路（看門狗,自動復(fù)位看門狗電路的基本原理是通過某個監(jiān)視管腳來監(jiān)視系,統(tǒng)的運行。當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，設(shè)計人員預(yù)先規(guī)定

6、由系統(tǒng)在預(yù),定的時間周期內(nèi)給監(jiān)視管腳發(fā)送一個脈沖信號，若在規(guī)定的時,間周期內(nèi)監(jiān)視管腳沒有收到脈沖信號，自動復(fù)位電路就認(rèn)為系,統(tǒng)運行不正常，會自動復(fù)位系統(tǒng),8.1.4,時鐘電路,X1,TMS320C54x,X2/CLKIN,20pF,20pF,X1,TMS320C54x,X2/CLKIN,0.1uF,4,3,1,2,VCC,8.2I/O,電平轉(zhuǎn)換設(shè)計,各種電平標(biāo)準(zhǔn),5V,VCC,4.4V,V,OH,3.5V,V,IH,2.5V,V,I,1.5V,V,IL,0.5V,V,OL,0V,GND,5V,VCC,2.0V,V,IH,2.4V,V,OH,1.5V,V,I,0.4V,V,OL,0V,GND,3

7、.3V,VCC,2.4V,V,OH,2.0V,V,IH,0.8V,VIL,1.5V,V,I,0.4V,V,OL,0V,GND,0.8V,V,IL,5V CMOS,電平,5V TTL,電平,3.3V TTL,LVT,LVC,LV,電平,8.2.2 3.3V,與,5V,電平轉(zhuǎn)換,在,3.3V,與,5V,接口直接互連時，必須考慮電壓和電流是否匹配的問題,即要考慮驅(qū)動器件的輸出邏輯電平是否符合被驅(qū)動器件的輸入邏輯電,平的要求，驅(qū)動器件的最大輸出電流是否滿足被驅(qū)動器件的輸入電流,要求,當(dāng),5V TTL,器件驅(qū)動,3.3V TTL,LVC,器件時，由于雙方轉(zhuǎn)換電平標(biāo),準(zhǔn)一樣，只要,3.3V,器件能承受,5

8、V,電壓，并滿足電流條件，就可以直接,連接，否則需要加轉(zhuǎn)換電路,當(dāng),5V CMOS,器件驅(qū)動,3.3V TTL,LVC,器件時，雙方的轉(zhuǎn)換電平標(biāo),準(zhǔn)不一樣，但滿足直接互連電平轉(zhuǎn)換要求，只要,3.3V,器件能承受,5V,電,壓，并滿足電流條件，就可以直接連接，否則需要加轉(zhuǎn)換電路,當(dāng),3.3V TTL,LVC,器件驅(qū)動,5V CMOS,器件時，雙方的轉(zhuǎn)換電平標(biāo),準(zhǔn)不一樣，且不滿足直接互連電平要求。此時需要加入轉(zhuǎn)換電路,當(dāng),3.3V TTL,LVC,器件驅(qū)動,5V TTL,器件時，雙方轉(zhuǎn)換電平標(biāo)準(zhǔn)一,樣，且滿足直接互連電平要求，只要滿足電流要求，就可以直接互連,否則需要加轉(zhuǎn)換電路,8.2.3,轉(zhuǎn)換電

9、路實現(xiàn)方法,轉(zhuǎn)換電路,采用總線收發(fā)器,總線收發(fā)器常用器件有,SN74LVTH245A,8,位）,SN74LVTH16245A,16,位）等。其特點是,3.3V,供電,需進(jìn)行方向控制,3.5ns,轉(zhuǎn)換延遲,32/64mA,驅(qū)動,輸入容限,5V,主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)、地址和控制總線的驅(qū),動,總線開關(guān),2,選,1,切換器,CPLD,電阻分壓等方式,D0-D7,A0-A15,MSTRB,TMS320VC5416,HD0,至,HD7,SN74LVC16245,D0-D7,A0-A15,CE,OE,8.3 JTAG,仿真接口電路,C54x DSP,有標(biāo)準(zhǔn)的,JTAG,Joint Test,Action Grou

10、p,接口，主要用于,DSP,開發(fā)仿,真和測試,JTAG,是一種通用標(biāo)準(zhǔn)接口，允許不同類型,的,DSP,甚至其他帶,JTAG,的非,DSP,芯片組,成,JTAG,鏈。使用,JTAG,口進(jìn)行仿真時，要,求安裝,JTAG,口仿真器的計算機(jī)與電路板可,靠接地、不能帶電插拔仿真頭、仿真頭斷,電前先需先退出仿真器軟件調(diào)試環(huán)境,8.4,外部存儲器和,I/O,擴(kuò)展設(shè)計,外部程序存儲器擴(kuò)展,外部程序存儲器是用來存儲系統(tǒng)代碼及數(shù)據(jù)表格的空間。擴(kuò)展程,序存儲器時（包括數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展），除了要考慮地址空間分,配外，還要注意存儲器和,DSP,的,I/O,口電壓、電流匹配，存儲器讀,寫控制和片選控制與,DSP,外部地址

11、總線、數(shù)據(jù)總線、控制總線的,時序匹配（在,TI,公司設(shè)計的各種型號,DSK,中往往采用,CPLD,作為,DSP,與外設(shè)的連接橋梁，以對兩者接口進(jìn)行電壓匹配、時序匹配,簡單控制,外部擴(kuò)展程序存儲器一般使用,RAM,EPROM,EEPROM,或,FLASH,RAM,為易失性存儲器，但其運行速度快，可以為,DSP,提,供運行指令代碼和保存臨時數(shù)據(jù),FLASH,或,EPROM,為非易失性,存儲器，可以為,DSP,保存代碼和數(shù)據(jù)表,FLASH,與,EPROM,相比,體積小、功耗低、使用方便，且,3.3V,的,FLASH,可直接與,DSP,芯片,連接，相對具有優(yōu)勢,TMS320VC5416,A0A17,D

12、0D15,PS,R/W,RESET,MSTRB,AM29LV400B,A0A17,D0D15,CE,WE,RESET,OE,8.4.2,外部數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展,TMS320C54x DSP,型號不同，其內(nèi)部,RAM,大小,也不同。從程序的運行速度、系統(tǒng)功耗和電路的,抗干擾性等方面考慮，在選擇芯片時應(yīng)盡量選擇,不需要進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展的大容量,DSP,但在一些特殊的時候，還是需要進(jìn)行外部數(shù)據(jù)存,儲器擴(kuò)展,可作為外部數(shù)據(jù)擴(kuò)展存儲器的種類可分為靜態(tài)存,儲器,SRAM,和動態(tài)存儲器,DRAM,如果系統(tǒng)對外,部數(shù)據(jù)存儲器的運行速度要求不高，可以采用常,規(guī)靜態(tài)存儲器，如,TC55V16256FT,如果系統(tǒng)

13、對,外部數(shù)據(jù)存儲器的運行速度要求高，一般采用同,步動態(tài)存儲器,TMS320VC5416,A0A15,D0D15,DS,R/W,IS61LV6416,A0A15,D0D15,CE OE,WE LB,UB,8.4.3 I/O,口擴(kuò)展,TMS320C54x DSP,可以采用外部,I/O,擴(kuò)展的方式,和外設(shè)硬件連接,TMS320C54x DSP,的,I/O,資源,主要有,3,部分構(gòu)成：通用,I/O,引腳,BIO,和,XF,BSP,引腳,HPI,的,8,條數(shù)據(jù)線,BSP,引腳在串口的相應(yīng)部分處于復(fù)位狀態(tài)（寄存,器,SPC1,2,中的,R/X,IOEN=1,，且串口的,通用,I/O,功能被啟動（寄存器,P

14、CR,中的,R/X,IOEN=1,時，串口引腳,CLKX,FSX,DX,CLKR,FSR,DR,可用作普通,I/O,口,TMS320VC541,6,IOSTRB,A13,D7D0,A14,IS,74HC573,OE,Q1,Q2,LE,Q3,Q4,D1D8,Q5,1,GND,1,74HC573,OE,Q1,Q2,LE,Q3,Q4,D1D8,Q5,VCC,8.5 A/D,和,D/A,接口電路,DSP,A/D,D/A,放大,濾波,濾波,放大,模擬信號,模擬信號,8.5.1 A/D,接口設(shè)計,A/D,的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,對,A/D,的選用要依據(jù)轉(zhuǎn)換精度、速率、信號,幅度、信號極性、阻抗匹

15、配、數(shù)字接口,電源數(shù)量、攻耗、封裝、價格等參數(shù)。這,里用,A/D,芯片,ADS7841,為例子進(jìn)行說明,DX,DR,FSX,CLKX,TMS320VC5416,DIN,DOUT,CS,DCLK,ADS7841,8.5.2 D/A,接口設(shè)計,D/A,的作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號,TI,公司為,DSP,芯片提供了多種配套的數(shù)模轉(zhuǎn),換芯片，如并行接口的,TLC7528,TLV5619,TLV5639,等，串行接口的,TLC5617,TLV5616,等。這里用,TLV5639,為例進(jìn)行說明,A15,IS,A14,R/W,TMS320VC5416,REG,CS,LDAC,WE,TLV563,1,1,

16、DSP,系統(tǒng)自舉,DSP,系統(tǒng)自舉的意義,DSP,系統(tǒng)自舉模式,DSP,選擇自舉方式的檢測次序,Bootloader,程序的自舉列表,Flashburn,應(yīng)用,DSP,系統(tǒng)自舉的意義,解決,DSP,應(yīng)用程序永久存儲和高速運行之,間的矛盾,該程序在,DSP,上電復(fù)位后將,DSP,應(yīng)用程序,從外部慢速存儲設(shè)備搬移進(jìn)入片內(nèi)映射到,程序空間的高速存儲設(shè)備,使,DSP,應(yīng)用程序高速運行,使用在,C54x,系列,DSP,芯片的片內(nèi),ROM,中掩,膜提供的,Bootloader,程序,0,MC,MP,DSP,系統(tǒng)自舉模式,主機(jī)接口,HPI,自舉模式,8,位或,16,位并口自舉模式,8,位或,16,位標(biāo)準(zhǔn)串口

17、自舉模式,8,位串口,EEPROM,自舉模式,I/O,自舉模式,DSP,選擇自舉方式的檢測次序,HPI,自舉模式,發(fā)生復(fù)位中斷,初始化數(shù)據(jù)空間,00007Eh,和,00007Fh,地址的內(nèi)容,為,0,設(shè)置主機(jī)中斷信號,HINT,為低,檢查,INT2,標(biāo)志位是否等于,1,串行,EEPROM,自舉模式,8,位,檢測外部中斷信號是否有效,BDX2,引腳和,INT3,引腳相連,當(dāng),BDX2,引腳和,INT3,引腳不相連時，必須在,DSP,復(fù)位后,30,個,CPU,時鐘周期內(nèi)產(chǎn)生一個有效,的,INT3,中斷,串行,EEPROM,通過,McBSP2,口和,DSP,進(jìn)行,連接,并行自舉模式,自舉列表位于數(shù)據(jù)

18、空間,Bootloader,程序首先從,I/O,空間的,0FFFF,地,址讀取自舉列表的地址,標(biāo)準(zhǔn)串行自舉模式,Bootloader,首先初始化,C54x DSP,芯片的串,口為標(biāo)準(zhǔn)串口，設(shè)置,XF,引腳為低電平，表,示串口已經(jīng)準(zhǔn)備就緒，正在等待接收數(shù)據(jù),Bootloader,程序檢測,IFR,寄存器中標(biāo)志位,BRINT0,和,BRINT1,判斷哪個,McBSP,有數(shù)據(jù),輸入,Bootloader,程序讀取數(shù)據(jù)并檢測是否是有效,的關(guān)鍵字,I/O,自舉模式,利用,0h,地址的,I/O,口借助外部接口實現(xiàn)自舉,8,位模式的自舉列表通用結(jié)構(gòu),16,位模式的自舉列表通用結(jié)構(gòu),Flashburn,應(yīng)用,

19、編譯、鏈接、生成,DSP,程序和,MAP,文件,建立轉(zhuǎn)換,CMD,文件,運行,hex,工具轉(zhuǎn)化,DSP,程序形成一個自舉,列表,Hex500.exe,的調(diào)用格式為,hex500 -options filename,運行結(jié)果,hex500.exe,應(yīng)用運行結(jié)果示例,選擇菜單,Tools FlashBurn,菜單項調(diào)用,FlashBurn,工具，然后再選擇菜單,File New,選項將創(chuàng)建一個新的,FlashBurn,配置文件,利用,FlashBurn,工具中,Program Erase Flash,菜單項命令，擦除,FlashROM,內(nèi)容,利用,FlashBurn,工具中,Program rog

20、ram Flash,菜單項命令把選中的,hex,文件內(nèi)容燒寫進(jìn)入,FlashROM,中,利用,FlashBurn,工具中,Program show,Memory,菜單項命令可以顯示,FlashROM,中內(nèi)容,對,TMS320VC5416DSK,進(jìn)行硬件復(fù)位,Bootloader,程序?qū)⒆x取,FlashROM,中代碼到指定,的程序空間并執(zhí)行實現(xiàn)自舉,實驗,FlashBurn,應(yīng)用實驗,一,實驗?zāi)康?熟悉,CCS,集成開發(fā)環(huán)境，掌握工程的建,立、編譯、鏈接等方法,掌握利用,DSP/BIOS,設(shè)計,DSP,程序方法,掌握利用,DSK,板級支持庫進(jìn)行實現(xiàn),DSK,上輸入輸出處理的方法,掌握利用,Hex

21、500,轉(zhuǎn)換生成,DSP,程序自舉,列表方法,掌握,FlashBurn,燒寫,DSP,程序，實現(xiàn),DSK,上的,DSP,程序系統(tǒng)自舉,FlashBurn,應(yīng)用實驗,二、實驗內(nèi)容,利用,CCS,編寫,DSP,程序，實現(xiàn)以下功能,按,DSK,上,DIP,開關(guān)的,1,號鍵，實現(xiàn)語音的輸入采集，采集的音頻立刻輸,出處理,按,DSK,上,DIP,開關(guān)的,2,號鍵，輸出一固定頻率的音頻,按,DSK,上,DIP,開關(guān)的,3,號鍵,DSK,上的,LED,控制中,1,3,號,LED,相繼閃爍,按,DSK,上,DIP,開關(guān)的,3,號鍵,DSK,上的,LED,控制中,2,4,號,LED,相繼閃爍,利用,DSP/BI

22、OS,配置工具創(chuàng)建,DSP/BIOS,配置文件，配置,McBSP0,創(chuàng)建并配置,TSK,對象,調(diào)用,DSK,的板級支持庫,dsk5416f.lib,訪問,DSK,上,DIP,開關(guān),LED,指,示燈,調(diào)用,Hex500.exe,轉(zhuǎn)換,DSP,程序,out,文件），生成對應(yīng)的自舉列表,文件,利用,FlashBurn,工具燒寫生成的自舉列表文件，理解體會,DSP,程序,的系統(tǒng)自舉,FlashBurn,應(yīng)用實驗,實驗設(shè)備,PC,機(jī)一臺,TMS320C5416 DSK,一套,FlashBurn,應(yīng)用實驗,實驗步驟,1,選擇菜單,Project New,命令，設(shè)置保存路徑、工程名,如,myburn,，建立

23、一個工程,2,利用,DSP/BIOS,配置工具建立,DSP/BIOS,配置文件，配,置,McBSP0,使,DSP,可以和,PCM3002,進(jìn)行通信，創(chuàng)建一,個,TSK,對象（例,TSK0,，保存,DSP/BIOS,配置文件到,當(dāng)前工程文件夾，存儲文件名需與工程文件名一致（如,DFTbios.cdb,，然后把,DSP/BIOS,配置文件加入到工,程,3,選擇菜單,File New Source File,命令，建立源代碼,文件，編寫,DSP,程序源代碼。在源代碼文件中包含,DSP/BIOS,配置文件自動產(chǎn)生的頭文件，即可調(diào)用,DSP/BIOS,的對象和,API,函數(shù)。保存源文件到當(dāng)前工程,所在文件夾，然后在工程窗口選擇當(dāng)前工程調(diào)用右鍵菜,單，調(diào)用,Add files to Project,命令打開一個文件選擇對,話框，選擇剛保存的源文件加入到工程中。源代碼可以,參照,8.6.4,小節(jié),FlashBurn,應(yīng)用實驗,實驗步驟,4,修改,DSP/BIOS,配置文件中創(chuàng)建的,TSK,的屬性,使其調(diào)用的函數(shù)與,DSP/BIOS,應(yīng)用程序源代碼,文件中的函數(shù)名一致,5,需要把,DSP/BIOS,配置文件自動產(chǎn)生的鏈接配,置文件加入到工程,6,選擇菜單,Project Build Options,命令修改工,程的編譯鏈接選項，特別注意當(dāng)在,DSP/BIOS,配置文件