淺談C2000-C5000和C6000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及區(qū)別

1、淺談C2000 C5000和C6000的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及區(qū)別姓名：王莎 班級：SJ1239 學(xué)號：201221902003 摘要：隨著計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號處理技術(shù)的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號處理 (DSP)引發(fā)了工業(yè)設(shè)計(jì)的革命，成為了工程實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。本文通過TI公司的TMS320C2000、TMS320C5000 和TMS320C6000 三大主流芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹和比較，得出了它們之間的不同和共同點(diǎn)，并對它們進(jìn)行了對比性說明。關(guān)鍵詞： DSP；內(nèi)部結(jié)構(gòu)；比較Abstract： With the computer and digital signal processing technology rapi

2、d development and the widespread Abstract: application, digital signal processing (DSP) has brought the industrial design revolution and become the key to the realization of the project. This paper introduces the Texas instruments (TI) company three mainstream chip internal structures, TMS320C5000、

3、TMS320C2000 and TMS320C6000,which are introduced and compared for all series of chips to know the different and common points between them, and has carried on the comparative to their specifications.Keywords： DSP；Internal structure；comparison1.前言世界上第一個(gè)單片 DSP 芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811，1979年美國 Intel 公司發(fā)布的

4、商用可編程器件2920是DSP芯片發(fā)展史上一個(gè)重要的里程碑。在這之后最成功的 DSP芯片當(dāng)屬美國德州儀器公司（Texas Instrument 簡稱 TI）的一 系列產(chǎn)品。TI公司自從1982年推出第一個(gè)DSP芯片TMS32010以來，不斷地革新?lián)Q代，該公司芯片特別適用于通信、語音、控制和消費(fèi)電子領(lǐng)域的精端產(chǎn)品的應(yīng)用。TI公司的DSP可歸為TMS320C2000/C5000/C6000 這三大芯片系列。 TMS320C2000系列，稱為DSP控制器，集成了flash存儲(chǔ)器、高速A/D轉(zhuǎn)換器以及可靠的CAN模塊及數(shù)字馬達(dá)控制的外圍模塊，面向數(shù)字控制、運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域,主要包括TMS320C24x/F

5、24x、TMS320LC240x/LF240x、TMS320C24xA/LF240xA、TMS320C28xx等。TMS320C5000系列，這是16位定點(diǎn)DSP。主要用于通信領(lǐng)域面向低功耗、手持設(shè)備、無線終端應(yīng)用, 主要包括TMS320C54x、TMS320C54xx、TMS320C55x等。TMS320C6000系列DSP采用新的超長指令字結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)芯片。其中2000年以后推出的C64x，在時(shí)鐘頻率為1.1GHz時(shí)，可達(dá)到8800MIPS以上，即每秒執(zhí)行90億條指令。其主要面向高性能、多功能、復(fù)雜應(yīng)用領(lǐng)域。主要包括TMS320C62xx、TMS320C64xx、TMS320C67xx等。2.

6、三大系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其比較2.1 TMS320C2000 系列TMS320C2000MCU系列擁有32位架構(gòu)、高級外設(shè)、高度的模擬集成以及從32至256引腳等多個(gè)封裝版本，能使各種應(yīng)用實(shí)現(xiàn)卓越的性能及實(shí)時(shí)控制功能。功能齊備的獨(dú)特外設(shè)擁有無與倫比的片上12.5 MSPS ADC、高分辨率PWM以及顯著增強(qiáng)的捕獲單元等眾多特性優(yōu)異的組件。C28X 32位內(nèi)核具有單周期32*32位硬件乘法器以及單周期原子指令執(zhí)行能力。圖 1 TMS320C2000系列的功能結(jié)構(gòu)圖TMS320C2000MCU具備96個(gè)中斷矢量，可幫助項(xiàng)目的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)終極靈活性。其中C28X微處理器內(nèi)核專為實(shí)時(shí)控制而精心設(shè)計(jì)，其快速中斷能

7、實(shí)現(xiàn)10個(gè)周期的上下文環(huán)境開關(guān)。通過改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，32位數(shù)據(jù)與外設(shè)總線可確保內(nèi)核、存儲(chǔ)器以及外設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)高效互動(dòng)。高度安全的內(nèi)存、RAM與ROM能保護(hù)自己的知識(shí)產(chǎn)權(quán)不被盜用。其中，部分器件還提供6通道DMA.TMS320C2000器件平臺(tái)擁有業(yè)界領(lǐng)先的獨(dú)特外設(shè)接口，不僅可顯著改善系統(tǒng)性能，而且還能能大幅提高靈活性。（1）TMS320C2000微處理器平臺(tái)可支持多達(dá)16條模擬輸入通道，其12位ADC采樣速率高達(dá)12.5MSPS，堪稱業(yè)界最快的嵌入式ADC;（2）基于32位定時(shí)器的增強(qiáng)型捕獲單元可實(shí)現(xiàn)高精度傳感及更高靈活性；（3）高分辨率的PWM生成器可為300MHz Delfino器件提供最高

8、150ps以及最低56ps的精度，從而能夠控制電源電子產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)無與倫比的高精度。（4）全面可編程的跳變區(qū)檢測（trip-zone detection）與死時(shí)生成器（dead-time generator）能針對故障與浪涌電流情況提供全面的系統(tǒng)保護(hù)。2.2 TMS320C5000 系列TMS320C5000 平臺(tái)，是專門針對低功耗、高性能的高速實(shí)時(shí)信號處理而專門設(shè)計(jì)的16 位定點(diǎn)DSP，廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)設(shè)備和遠(yuǎn)程通信等實(shí)時(shí)嵌入系統(tǒng)中。其提供性能、外圍設(shè)備、小型封裝和電源效率的優(yōu)化組合，適合便攜式上網(wǎng)、語音處理及對功耗有嚴(yán)格要求的地方。DSP 的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)往往是采取主從式結(jié)構(gòu)：在一塊電路板上，

9、DSP 做從屬機(jī)，負(fù)責(zé)數(shù)字信號處理運(yùn)算；外加一塊嵌入式微處理器做主機(jī)，來完成輸入、控制、顯示等其他功能。為此，TI 專門推出了一款雙核處理器OMAP，包含有一個(gè)ARM 和一個(gè)C5000 系列DSP，OMAP 處理器C55x 系列，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)(1 組程序存儲(chǔ)器總線、3 組數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和4 組地址總線)。包含中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)器和片上外設(shè)三個(gè)部分。具有8 條16 位總線：1 條程序總線、3 條數(shù)據(jù)總線和4 條地址總線和高度并行性的算術(shù)邏輯單元(ALU)。專用的硬件邏輯、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集，是芯片達(dá)到高性能、高速度，操作更方便、更靈活2。圖2 C5000系列D

10、SP的基本結(jié)構(gòu)在CPU 方面：(1)先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)；(2)40 位算術(shù)邏輯單元(ALU)，包括40 位的桶形移位寄存器和2 個(gè)獨(dú)立的40 位的累加器；(3)17 位乘17 位的并行乘法器與一個(gè)40 位的專用加法器結(jié)合在一起，用于單周期乘/累加操作；(4)比較、選擇和存儲(chǔ)單元(CSSU)，用于Viterbi 操作(一種通信的編碼方式)中的加/比較選擇；(5)指數(shù)編碼器用于在單周期內(nèi)計(jì)算40 位累加器的指數(shù)值；(6)2 個(gè)地址生成器，包括8 個(gè)輔助寄存器和2 個(gè)輔助寄存器算術(shù)單元。在存儲(chǔ)器系統(tǒng)方面：具有16 位192K 基本可尋址空間：64K 字程序空間，64K 字?jǐn)?shù)據(jù)和I/

11、O 空間；在片外設(shè)和專用電路方面：(1)軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器；(2)可編程的存儲(chǔ)器體轉(zhuǎn)換邏輯；(3)片內(nèi)的鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘發(fā)生器，可采用內(nèi)部振蕩器或外部的時(shí)鐘源；(4)外部總線關(guān)斷控制電路可用來斷開外部數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制信號；(5)數(shù)據(jù)總線具有數(shù)據(jù)保持特性；(6)可編程的定時(shí)器；(7)直接存儲(chǔ)器訪問(DMA)控制器；(8)可與主機(jī)直接連接的8 位并行主機(jī)接口(HPI)，有些產(chǎn)品還包括：擴(kuò)展的8 位并行主機(jī)接口(HPI8)和16 位并行主機(jī)接口(HPIl6)；(9)片內(nèi)的串口全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口，支持8 位和16 位數(shù)據(jù)傳送、時(shí)分多路(TDM)串口、緩沖串口(BSP)以及多通道緩沖串口

12、(McBSP)。(10)指令的執(zhí)行采用指令預(yù)提取、指令提取、指令譯碼、訪問操作數(shù)、讀取操作數(shù)、執(zhí)行等六級流水線并行結(jié)構(gòu)。此外，還具有符合IEEE 1149.1 標(biāo)準(zhǔn)的在片仿真接口，可與主機(jī)連接，用于系統(tǒng)芯片開發(fā)應(yīng)用。TMS320C55XX 是在C54X 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的并與其兼容。C55X 通過增加功能單元，增強(qiáng)了運(yùn)算能力，性能更好和功耗更低。是目前最省電的芯片，更適合在數(shù)據(jù)效率高、運(yùn)算量大的2.5G 和3G的無線通信中使用。相比C54X，該芯片在CPU的功能方面做了擴(kuò)展：(1) 總線增加了2 條，一條讀操作總線(BB)，一條寫操作總線(WB);(2) 增加了一個(gè)乘加單元(MAC)。(3)

13、增加了一個(gè)16 位的ALU。(4) 將累加器增至4 個(gè)：AC0、AC1、AC2、AC3。(5) 臨時(shí)寄存器增至4 個(gè)：T0、T1、T2、T3。與C54X 相比，C55X 不僅增加了硬件資源，也優(yōu)化了資源的管理，所以性能得到了大大的提升，處理能力可達(dá)400800MIPS，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)通信終端設(shè)備中。2.3 TMS320C6000 系列TMS320C6000 平臺(tái)， 包含定點(diǎn) C62x 和 C64x 以及浮點(diǎn) C67x。其追求的是至高性能，最近新推出的芯片速度高達(dá) 1GHZ，適合寬帶網(wǎng)絡(luò)、圖像、影像、雷達(dá)等處理應(yīng)用。內(nèi)部數(shù)據(jù)/Cache 存儲(chǔ)器32 位外部存儲(chǔ)接口包括直接同步存儲(chǔ)器接口，可與同步

14、動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 (SDRAM),同步突發(fā)表態(tài)存儲(chǔ)器（SBSRAM）直接相 連，主要用于大容量高速存儲(chǔ)。還包括直接異步存儲(chǔ)器接口，可與 SRAM 和 EPROM 連接，主要用于小容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序存儲(chǔ)。還有直接外部控制器接口，可與 FIFO 寄存器連接，可以方便的配置不同 速度、不同容量、不同復(fù)雜程度的存儲(chǔ)器。C6000 的其他模塊包括：四通道自動(dòng)加載 DMA 協(xié)處理器，可用于數(shù)據(jù)的 DMA 傳輸；16 位宿主機(jī)接口，可以將 C6000 配置成宿主機(jī)的 DSP 加速器； 靈活的鎖相環(huán)路時(shí)鐘產(chǎn)生器，可以對輸入時(shí)鐘進(jìn)行不同的倍頻處理。 有的芯片內(nèi)集成的 JTAG 仿真掃描裝置，方便開發(fā)和程序調(diào)試。 圖3

15、 C6000系列DSP的基本結(jié)構(gòu)C62xx 16位定點(diǎn)DSP：速度為12002000MIPS,適用于無線基站、ADSL、MODEM池（pooled Modem）、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及數(shù)字音頻廣播設(shè)備等場合，價(jià)格21224美元。工作頻率：150-300MHz；運(yùn)行速度：1200-2400MIPS；內(nèi)部2個(gè)乘法器，6個(gè)算術(shù)邏輯單元，超長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)，大容量的片內(nèi)存儲(chǔ)器和大范圍的尋址能力，4個(gè)DMA接口，2個(gè)多通道緩存串口，2個(gè)32位片內(nèi)外設(shè)。C67xx 32為浮點(diǎn)DSP：速度為1000MFLOPS，適用于基站數(shù)據(jù)波束形成、圖像處理、語音識(shí)別及3D圖形等。工作頻率：400-600MHz，運(yùn)行速度：3

16、200-4800MIPS具有特殊功能的指令集。C64xx為定點(diǎn)DSP： C64xx系列的芯片工作頻率高達(dá)1000MHz，計(jì)算速度已超過50億次指令/秒，而功耗僅為現(xiàn)有器件的1/3。C64xx 系列芯片可通過一條單獨(dú)接入家庭的寬帶線路傳輸大量的個(gè)性化數(shù)據(jù)、視頻和語音，并可通過地3G無線基站向手機(jī)發(fā)送多媒體信息。C64xx和C62xx代碼兼容，但結(jié)構(gòu)有顯著的加強(qiáng)，其初期的工作頻率可達(dá)750MHz。C67xx在C62xx八個(gè)功能塊中的六個(gè)上增加了浮點(diǎn)功能，因此其指令集是不同的。C6000沒有專門的MAC單元，而是使用分開的乘法和加法指令來實(shí)現(xiàn)MAC操作。盡管該操作需要兩個(gè)指令周期，但其流水的效果仍然

17、是單周期執(zhí)行。這種結(jié)構(gòu)包含兩個(gè)數(shù)據(jù)通道，以便和各有四個(gè)功能單元的兩組相匹配。C62x和C64x包含兩個(gè)乘法單元（M）、六個(gè)32-bit的算術(shù)單元、40-bit的ALU和40-bit的桶型移位器。C64x的M單元每個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行兩個(gè)16316-bit的乘法，而C62x則只能執(zhí)行一個(gè)乘法。此外，C64x的每個(gè)M單元可以在每個(gè)周期內(nèi)作四個(gè)838-bit的乘法。M單元的位計(jì)數(shù)和旋轉(zhuǎn)硬件，可以支持bit水平的算法。 2.4 三大芯片性能比較(1)從C2000 系列芯片的應(yīng)用領(lǐng)域不難看出，它的內(nèi)核十分適宜進(jìn)行工業(yè)控制。內(nèi)核中哥哥存儲(chǔ)器和累加器的運(yùn)算邏輯單元不說，具有高位寬高精度高效率的AD 轉(zhuǎn)換集成功能，

18、具有增強(qiáng)型事件管理器，增強(qiáng)型的脈沖寬度調(diào)制功能部分，增強(qiáng)型的多路數(shù)據(jù)同時(shí)和排序采集單元，OEP 元件，還有增強(qiáng)型的定時(shí)器單元，多數(shù)量的SPI 和SCI 等，從而在整體上更加有利于控制信號的變量實(shí)時(shí)的采集和處理。(2)高效，低耗是C5000 系列的最大特點(diǎn)。在各種CPU 單元還有片內(nèi)外設(shè)及各種總線和用戶接口不斷改進(jìn)的同時(shí)，有的還加入新的ARM 核，從而更加提高整體的運(yùn)行效率。通過增加可控的電源選擇裝置，從而為各模塊能夠在最低功耗的前提下達(dá)到要求的效果提供了實(shí)現(xiàn)方法。這也是此系列芯片用在消耗類電子產(chǎn)品中的原因。(3)從運(yùn)行速度上，C6000 居首位，因?yàn)樗闪撕芏嗤暾δ艿耐庠O(shè)在片內(nèi)。采用的尋地址位寬可達(dá)32 位甚至更大，具有超強(qiáng)指令字處理功能，指令更加高效。更有先進(jìn)的多路DMA，集成多個(gè)單DSP 功能，擴(kuò)充各種總線和數(shù)據(jù)接口數(shù)目，加強(qiáng)整體的智能控制，增加高速緩存等各種方法，大大的提高運(yùn)算速度，達(dá)到處理超大數(shù)量信息的能力。結(jié) 論通過對 TI 公司三大系列 DSP 芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)整體的比較，從他們適宜應(yīng)用的領(lǐng)域出發(fā)，得出了三個(gè)系列的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和區(qū)別，對 DSP 芯片有了一定的了解，為今后更好地學(xué)習(xí) DSP打下了良好的理論基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1張雄偉,曹鐵勇. DSP芯片的原理與開發(fā)應(yīng)用M. 北京:電子工業(yè)出版社