第2章TMS320C2000系列DSP芯片基本結(jié)構(gòu)與性能

第2章TMS320C2000系列DSP芯片基本結(jié)構(gòu)與性能第一頁(yè)，共33頁(yè)。2.3Concerto系列基本結(jié)構(gòu)及性能2.3.1F28M35x系列2.3.2F28M36x系列2.4C28xDelfino系列基本結(jié)構(gòu)及性能2.4.1TMS320F281x系列DSP的主要性能2.4.2TMS320F2812DSP的功能結(jié)構(gòu)圖及片內(nèi)外設(shè)2.4.3TMS320F2812DSP的引腳分布及功能安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二頁(yè)，共33頁(yè)。

C2000是一種注重實(shí)時(shí)控制應(yīng)用的微控制器系列，應(yīng)用范圍包括數(shù)字電源、數(shù)字電機(jī)控制、位置傳感、汽車(chē)?yán)走_(dá)等。C2000器件核心是一個(gè)32位C28xCPU，其頻率范圍介于40-400MHz之間，外加浮點(diǎn)單元，部分器件還配有控制律加速器（CLA），它實(shí)際上成為與CPU并行運(yùn)行的第二個(gè)內(nèi)核，能夠獨(dú)立地控制外設(shè)。目前在TMS320C2000系列產(chǎn)品中，TI主要推出了四個(gè)系列主流產(chǎn)品，即使用廣泛的C28x定點(diǎn)系列、低成本與高創(chuàng)新的C28xPiccolo系列、C28xDelfino浮點(diǎn)性能系列以及基于C28x和ARMCortex-M3的Concerto多核系列。圖2-1給出了TI公司28x系列DSP的發(fā)展趨勢(shì)。

安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第三頁(yè)，共33頁(yè)。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第四頁(yè)，共33頁(yè)。2.1C28xPiccolo系列基本結(jié)構(gòu)及性能2008年10月，TI發(fā)布了基于C2000DSP的Piccolo系列，取自意大利語(yǔ)“風(fēng)笛”，是以小巧、低成本、高集成度為主要特點(diǎn)的32位微控制器，采用最新的架構(gòu)技術(shù)成果和增強(qiáng)型外設(shè)，能夠提供一款低成本的高集成度解決方案，有助于在成本敏感型應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)處理器密集型的32位實(shí)時(shí)控制功能。Piccolo系列可提供多種封裝版本和外設(shè)選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美組合。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第五頁(yè)，共33頁(yè)。F2802xPiccolo系列為C28x內(nèi)核供電，此內(nèi)核與低引腳數(shù)量器件中的高集成控制外設(shè)相耦合。該系列的代碼與以往基于C28x的代碼相兼容，并且提供了很高的模擬集成度。F2802x系列速度為40-60MHz，配有多達(dá)64KBFlash，屬于低成本入門(mén)級(jí)產(chǎn)品。2.1.1F2802x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第六頁(yè)，共33頁(yè)。F2803x系列把Flash提高到128KB，是配有可選的浮點(diǎn)協(xié)處理器（稱(chēng)為“控制律加速器”-CLA），可獨(dú)立訪問(wèn)反饋與前饋外設(shè)，能夠提供并行控制環(huán)路，以強(qiáng)化主CPU，是實(shí)現(xiàn)并行控制環(huán)路處理的最早產(chǎn)品系列。2.1.2F2803x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第七頁(yè)，共33頁(yè)。F2805xPiccolo系列與前面介紹的芯片不同的是在其模擬前端（AFE）包含多達(dá)七個(gè)比較器，它們具有多達(dá)三個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），一個(gè)VREFOUT經(jīng)緩沖的DAC，多達(dá)四個(gè)可編程增益放大器（PGA）和四個(gè)數(shù)字濾波器。2.1.3F2805x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第八頁(yè)，共33頁(yè)。F2806x包括一個(gè)浮點(diǎn)單元（FPU）以及雙存儲(chǔ)器和新的Viterbi復(fù)雜數(shù)學(xué)單元（VCU），為Piccolo帶來(lái)浮點(diǎn)運(yùn)算功能，以提高性能與易用性。同時(shí)在F2803x基礎(chǔ)之上增加了USB接口與主控制器，處理復(fù)雜映射的VCU，而且把RAM擴(kuò)大到100KB，F(xiàn)lash擴(kuò)展到256KB。2.1.4F2806x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第九頁(yè)，共33頁(yè)。2.2C28xDelfino系列基本結(jié)構(gòu)及性能2009年3月，TI針對(duì)高端實(shí)時(shí)控制應(yīng)用，推出基于C2000平臺(tái)的全新產(chǎn)品Delfino系列，同樣同樣取自意大利語(yǔ)“海豚”。以其像海豚的靈動(dòng)與聰慧那樣，該系列產(chǎn)品寄托了設(shè)計(jì)師對(duì)產(chǎn)品的美好期望：Delfino系列能以其雙倍于以往產(chǎn)品的浮點(diǎn)性能，充分滿(mǎn)足更高智能、更低能耗的高端實(shí)時(shí)控制市場(chǎng)的需求。TIC200032位微處理器的Delfino浮點(diǎn)系列目前有三種高性能產(chǎn)品，F(xiàn)2833x、F2834x和F2837xD系列，為實(shí)時(shí)控制應(yīng)用帶來(lái)了領(lǐng)先的浮點(diǎn)性能和集成度。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十頁(yè)，共33頁(yè)。F2833x系列速度為100-150MHz，F(xiàn)lash多達(dá)512KB。它們是針對(duì)要求嚴(yán)格的控制應(yīng)用的高度集成、高性能解決方案。2.2.1F2833x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十一頁(yè)，共33頁(yè)。C2834x系列性能翻倍，達(dá)到300MHz，但是此系列解決方案僅限于基于RAM的存儲(chǔ)，RAM可達(dá)到516KB。2.2.2C2834x系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十二頁(yè)，共33頁(yè)。F2837xD系列支持雙核C28x處理功能與雙實(shí)時(shí)控制律加速器（CLA），可提供800MIPS浮點(diǎn)性能，從而可幫助用戶(hù)為計(jì)算要求嚴(yán)格的控制應(yīng)用開(kāi)發(fā)低時(shí)延系統(tǒng)，還可通過(guò)將多個(gè)嵌入式處理器整合在單個(gè)系統(tǒng)中以降低復(fù)雜性，充分滿(mǎn)足高級(jí)伺服驅(qū)動(dòng)器、太陽(yáng)能中央逆變器以及工業(yè)不間斷電源（UPS）等需要實(shí)時(shí)信號(hào)分析的應(yīng)用需求。2.2.3F2837xD系列安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十三頁(yè)，共33頁(yè)。2.3Concerto系列基本結(jié)構(gòu)及性能2011年6月，TI公司宣布推出新型C2000Concerto雙核微控制器系列，可幫助用戶(hù)設(shè)計(jì)出環(huán)保性能與連接能力更佳的應(yīng)用。這種新型Concerto32位微控制器將TI的具有同類(lèi)領(lǐng)先性能的C28x內(nèi)核及控制外設(shè)與ARMCortex-M3通信內(nèi)核及連接外設(shè)組合起來(lái)并于同一個(gè)芯片，以提供一種分區(qū)明確的架構(gòu)，可在單個(gè)具有成本效益的器件中支持實(shí)時(shí)控制和高級(jí)連接。另外，還增加了新的安全保密功能，創(chuàng)建了易于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的軟件基礎(chǔ)架構(gòu)?！癈oncerto”一詞源自拉丁文，取義“協(xié)奏曲”，也就是兩種因素既競(jìng)爭(zhēng)又協(xié)作的意思。該系列產(chǎn)品體現(xiàn)了這種特點(diǎn)。Concerto系列產(chǎn)品是一款具有獨(dú)立通信和實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)的多內(nèi)核片載系統(tǒng)微控制器。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十四頁(yè)，共33頁(yè)。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十五頁(yè)，共33頁(yè)。F28M35H52/22C，F(xiàn)28M35M52/22C和F28M35M/E20B是ConcertoF28M35x系列產(chǎn)品。2.3.1F28M35x系列2.3.2F28M36x系列F28M36x微控制器完美集成了由C28x數(shù)字信號(hào)處理器提供的實(shí)時(shí)精確控制以及由ARMCortex-M3內(nèi)核與片上外設(shè)實(shí)現(xiàn)的高級(jí)連接性。F28M36P63/53C，F(xiàn)28M36H53C/B和F28M36H33C/B是ConcertoF28M36x系列產(chǎn)品安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十六頁(yè)，共33頁(yè)。2.4C28x定點(diǎn)系列基本結(jié)構(gòu)及性能2003年，TI公司首次推出核心產(chǎn)品32位C28x內(nèi)核芯片，它包括F281x、F280x和F282x等產(chǎn)品系列，它們具有多種外設(shè)和存儲(chǔ)器配置，可滿(mǎn)足不同的控制應(yīng)用要求。TMS320C28x是到目前為止用于數(shù)字控制領(lǐng)域性能最好的DSP芯片。這種芯片采用32位的定點(diǎn)DSP核，最高速度可達(dá)400MIPS，可以在單個(gè)周期內(nèi)完成32×32位的乘累加運(yùn)算，具有增強(qiáng)的電機(jī)控制外設(shè)、高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換能力和改進(jìn)的通信接口，具有8GB的線性地址空間，采用低電壓供電（3.3V外設(shè)/1.8V核），與TMS320C24x源代碼兼容。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十七頁(yè)，共33頁(yè)。TMS320F281x系列DSP產(chǎn)品主要包括片內(nèi)集成Flash存儲(chǔ)器的F2810、F2811和F2812，與片內(nèi)集成只讀存儲(chǔ)器ROM的C281x系列DSP相比，F(xiàn)281x系列的Flash可以由用戶(hù)反復(fù)編程，便于系統(tǒng)調(diào)試和代碼升級(jí)，是用戶(hù)通常選用的系列，而C281x系列的片內(nèi)ROM只能由用戶(hù)提供程序代碼給廠家掩膜一次，適用于產(chǎn)品定型后的大批量產(chǎn)品。TMS320F281x系列DSP的主要芯片為T(mén)MS320F2810和TMS320F2812。兩種芯片的差別是：F2812內(nèi)含128K×16位的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，有外部存儲(chǔ)器接口，而F2810僅有64K×16位的片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器，且無(wú)外部存儲(chǔ)器接口。本書(shū)將以TMS320F2812DSP芯片作為主要的介紹對(duì)象。2.4.1TMS320F281x系列DSP的主要性能安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十八頁(yè)，共33頁(yè)。C2000ControlApplicationsIndustrialDrivesServoControlHomeappliancesElectricPowerSteeringDigitalMotorControl3-phasemeteringwithPLCTorque,pressure,liquidflow,orgassensorsAutomotiveRadarSubwoofers（低音炮）AdvancedSensingDigitalPowerSuppliesCommercial,Industrial,&ConsumerUPSMulti-channelDC/DCconvertersSolar&WindinvertersHybridVehiclesFast,highresolutionsignalprocessingPeripheralsuiteoptimizedforcontrolapplications安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第十九頁(yè)，共33頁(yè)。C2000RoadmapDeviceFutureProductionDevelopmentSamplingF282xx150MIPSDMAF283xx300MFLOPSDMADelfino600MFLOPS16-bitADCC28xxxPerformanceF281x150MIPSF280xx60-100MIPSPiccolo60MIPSVREG,COMPPiccolo40MIPSVREG,COMPC28xxxIntegration安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十頁(yè)，共33頁(yè)。TMS320F2812主要特點(diǎn)

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高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)：150MHz時(shí)鐘、低功耗設(shè)計(jì)、編程電壓3.3V?！?/p>

JTAG邊界掃描（BoundaryScan）支持▲高性能的32位中央處理器：哈佛總線結(jié)構(gòu)、雙16位乘加單元、迅速的中斷響應(yīng)和處理▲片內(nèi)存儲(chǔ)器：128KFlash、2個(gè)4K的隨機(jī)存儲(chǔ)器、1個(gè)8K的SARAM，2個(gè)1K的SARAM▲

根只讀存儲(chǔ)器（BootROM）4K×16位

▲外部存儲(chǔ)器接口：可編程等待狀態(tài)：▲時(shí)鐘與系統(tǒng)控制：片上振蕩器、看門(mén)狗定時(shí)器模塊

▲三個(gè)外部中斷▲外部中斷擴(kuò)展（PIE）模塊：可支持45個(gè)外部中斷▲

128位的密鑰安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十一頁(yè)，共33頁(yè)?！?/p>

3個(gè)32位的CPU定時(shí)器▲

馬達(dá)控制外圍設(shè)備：兩個(gè)事件管理器▲

串口外圍設(shè)備：SPI/SCI/UART/eCAN/McBSP▲

12位的ADC，16通道：80ns/12.5MSPS▲

有56個(gè)獨(dú)立的可編程、多用途通用輸入/輸出（GPIO）引腳▲高級(jí)的仿真特性：分析和設(shè)置斷點(diǎn)的功能，實(shí)時(shí)硬件調(diào)試功能▲開(kāi)發(fā)工具:ANSIC/C++編譯器/匯編程序/連接器、支持TMS320C24x/240x的指令、代碼編輯集成環(huán)境、DSP/BIOS、硬件評(píng)估板安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十二頁(yè)，共33頁(yè)。

TMS320F2812是TI公司推出的功能強(qiáng)、性能優(yōu)越的32位定點(diǎn)DSP芯片之一。時(shí)鐘周期為6.67ns（時(shí)鐘頻率為150MHz），32×32位的硬件乘法器，2個(gè)12位、16路的A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為80ns，16路的PWM通道，4個(gè)定時(shí)器，一個(gè)SPI，兩個(gè)SCI，一個(gè)改進(jìn)的控制局域網(wǎng)eCAN，一個(gè)多通道緩沖串行接口McBSP，56個(gè)GPIO引腳，具有增強(qiáng)的電機(jī)控制外設(shè)，高性能的模數(shù)轉(zhuǎn)換能力和改進(jìn)的通信接口，與TMS320LF24xA源代碼兼容。TMS320F2812的功能結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。2.4.2TMS320F2812DSP的功能結(jié)構(gòu)圖

及片內(nèi)外設(shè)安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十三頁(yè)，共33頁(yè)。MemoryBus128KwFlash+2KwOTP4KwBootROM18KwRAMCodesecurityXINTF32-BitRegisterFileReal-TimeJTAG32-bit

Timers(3)150MIPsC28xTM32-bitDSP32x32bit

MultiplierRMWAtomicALUInterruptManagementEventMgrAEventMgrB12-BitADCWatchdogGPIOPeripheralBusMcBSPCAN2.0BSCI-ASCI-BSPIEventManagersUltra-Fast12-bitADC16.7MSPSConversionSpeedDuals/henablesimultaneoussamplingAutoSequencer,upto16conversionsw/oCPUMultiplestandardcommunicationportsprovidesimpleinterfacestoothercomponentsFastprogramexecutionoutofboth

RAMandFlashmemory110-120MIPSwithFlashAccelerationTechnology150MIPSoutofRAMfortime-criticalcode

ControlPeripheralsCommunicationsPorts

MemorySub-SystemControlPortsTargetApplicationOpticalNetworking,PowerSupplies,IndustrialApplications,Automotive,andmanymoreTMXtoday,TMSProductionmid2003F2810/F2812:業(yè)界最強(qiáng)大的控制專(zhuān)用DSP第二十四頁(yè)，共33頁(yè)。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十五頁(yè)，共33頁(yè)。安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院第二十六頁(yè)，共33頁(yè)。TMS320F2812芯片的封裝方式為179引腳GHH球形柵格陣列BG