2000系列dsp器件2407内核各组成部分的功能机构与特点

dsp的发展这学期我们着重针对dsp2407到2812进行了长时间的学习，尤其是2407我们接触的比较多，但是到底什么是dsp呢？我先来介绍一下。数字信号处理(digital signal processing，简称dsp)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。现在，我们来了解一下dsp的发展历程。dsp产业在约40年的历程中经历了三个阶段：第一阶段，dsp意味着数字信号处理，并作为一个新的理论体系广为流行。随着这个时代的成熟，dsp进入了发展的第二阶段，在这个阶段，dsp代表数字信号处理器，这些dsp器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化。接下来又催生了第三阶段，这是一个赋能(enablement)的时期，我们将看到dsp理论和dsp架构都被嵌入到soc类产品中。” 第一阶段，dsp意味着数字信号处理 。 80年代开始了第二个阶段，dsp从概念走向了产品，tms32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。方进先生在一篇文章中提到，新兴的dsp业务同时也承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当设计师努力使dsp处理器每mips成本降到了适合于商用的低于10美元范围时，dsp在军事、工业和商业应用中不断获得成功。到1991年，ti推出价格可与16位微处理器不相上下的dsp芯片，首次实现批量单价低于5美元，但所能提供的性能却是其5至10倍。 到90年代，多家公司跻身dsp领域与ti进行市场竞争。ti首家提供可定制 dsp——cdsp，cdsp 基于内核 dsp的设计可使dsp具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时，ti瞄准dsp电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期，这种可编程的dsp器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时，dsp业务也一跃成为ti最大的业务，这个阶段dsp每mips的价格已降到10美分到1美元的范围。 21世纪dsp发展进入第三个阶段，市场竞争更加激烈，ti及时调整dsp发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是dsp每mips价格目标已设定为几个美分或更低。dsp2407与dsp2812的概述（1）24072407是我们学习、实验接触较多的一部分。2407开发板分为ti 2000-011 dsp2407增强型、dsp2407+cpld开发板、shx-dsp2407a开发板。引dsp2407+cpld开发板套件是一套基于tms320lf2407a+epm240的dsp+cpld的学习开发**，充分发挥dsp2407和altera max ii的灵活性和功能强大。首先在教科书中我了解到，cup的硬件组成包括累加器，辅助寄存器算术单元，辅助寄存器0~7，进位，中央算术逻辑单元，双口ram，数据存储器页面指针，全局存储器配置寄存器，中断屏蔽寄存器，中断标志寄存器，中断陷阱，输入、输出数据定标移位器，乘法器，微堆栈，多路选择器，程序地址寄存器，程序计数器，程序**，临时寄存器等等。输入定标移位器能将来自程序存储器或数据存储器的16位数据调整为32为数据送到中央算术逻辑单元，而且不会占用时钟开销，在算术定标和逻辑操作对屏蔽定位设置中非常有用。中央算术逻辑部分主要构成有三部分：calu，acc，输出定标移位器。中央算术逻辑单元是实现算术和逻辑运算功能的部分，可以执行布尔运算，使得**具有位操作功能。当运算在calu中完成时，结果就被送到累加器中，并在其中进行另外的一些操作，在实际的应用中，acc的使用相当频繁。2407中有两个状态寄存器st0和st1，含有各种状态和控制位，控制着很多系统的工作状态，在应用**别重要。然后是数字量i/o模块。2407中有多达41个通用、双向的数字量i/o引脚，其中很多都是复用引脚，实现一般i/o和基本功能。所有专用i/o和复用i/o引脚的功能都可通过9个16位控制寄存器来设置。可分为两类：i/o端口复用控制寄存器， 用来控制选择i/o端口作为基本功能或一般i/o引脚功能。数据和方向控制寄存器，当i/o端口用作一般i/o引脚功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和双向i/o引脚的数据方向。这些寄存器直接与双向i/o引脚相连。i/o模块在实际应用中和很多模块结合在一起，如上面的和led灯结合使用，还有键盘和发光二极管结合实现利用键盘点亮发光二极管等等应用。总之，i/o模块在dsp的设计应用中是不可缺少的，承担着与其他模块交互的重要作用。下面介绍一个重要模块——事件管理器模块2407包含两个事件管理器模块eva和evb， 每个事件管理器模块有通用定时器（gp）、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路组成。这些部件使得事件管理器在电机控制方面具有很重要的应用。每个事件管理模块都有两个通用的可编程定时器，而每个定时器包括16位的定时器增/减计数的计数器、16位的定时器比较寄存器、16位的定时器周期寄存器、16位的定时器控制寄存器各一个，还有可选择的内部或外部输入时钟，可编程的预定标器，可选择方向的输入引脚等，这些器件能让定时器进行停止/保持、连续增计数、定向增/减计数、连续增/减计数四种计数模式，和比较操作，pwm输出等多种操作，可以产生多种对称或非对称的波形输出，这就给电机控制带来了很大的便利和灵活操作空间。（2）2812dsp2812是ti公司新推出的功能强大的tms320f2812的32位定点dsp，是tms320lf2407a的升级版本，最大的特点是速度比tms320lf2407a有了质的飞跃，从最高40m跃升到tms320f2812的150m，处理数据位数也从16位定点跃升到32位定点。最大的亮点是其拥有eva、evb事件管理器和配套的12位16通道的ad数据采集，使其对电机控制得心应手。再加上丰富的外设接口，如can、sci等，在工控领域占有不少份额。dsp微处理器的特点：　　dsp（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。 　　dsp微处理器（芯片）一般具有如下主要特点： 　　（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法； 　　（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据； 　　（3）片内具有快速ram，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问； 　　（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持； 　　（5）快速的中断处理和硬件i/o支持； 　　（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器； 　　（7）可以并行执行多个操作； 　　（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。 　　当然，与通用微处理器相比，dsp微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。 　　dsp优点： 　　对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小； 　　容易实现集成；vlsi 　　可以分时复用，共享处理器； 　　方便调整处理器的系数实现自适应滤波； 　　可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等； 　　可用于频率非常低的信号。 　　dsp缺点： 　　需要模数转换； 　　受采样频率的限制，处理频率范围有限； 　　数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。 但是其优点远远超过缺点。书上常用程序片段汇编语言源程序片段：;主程序.text_c_int0 callsysinit;系统初始化程序 callpwm_init;evb模块pwm初始化程序waitnopbwait;系统初始化程序sysinit:setc intmclrc sxm clrc ovmclrc cnf;b0区被配置为数据空间 ldp #0e0h;指向7000h-7080h区 splk #81feh,scsr1 ;时钟4倍频,clkin=6m,clkout=24m splk#0e8h,wdcr;不使能wdt ldp#0splk#0002h,imr;使能中断第2级int2splk#0ffffh,ifr;清全部中断标志ret;evb模块的pwm初始化程序pwm_init:ldp#dp_pf2;指向7080h-7100h区laclmcrcor#007eh;iope[1-6]被配置为基本功能方式:pwm[7-12]saclmcrcldp#dp_evb;指向7500h-7580h区splk#0ffffh,evbifra;清evb 全部中断标志splk#0666h,actrb ;pwm12,10,8 低有效,pwm11,9,7 高有效splk#00h,dbtconb ;不使能死区控制splk#10h,cmpr4;设置比较初值 pwm7高电平占50/60, 低电平占10/60splk#20h,cmpr5;设置pwm9,10的比较寄存器splk#30h,cmpr6;设置pwm11,12的比较寄存器splk#60h,t**r;设置定时器3周期寄存器,;即pwm周期为60个cpu时钟周期splk#0a600h,comconb ;使能比较操作splk#0,t3cntsplk#41h,gptconb ;tcompoe=1,t**in=01splk#080h,evbimra;通用定时器3使能splk#0174eh,t3con;tmode=10 连续增计数模式,tps=111 预分频为128;tenable=1 定时器计数使能, tclks=00 内部时钟;tecmpr=1 定时器3比较使能, selt**r=0 clrcintm ;开总中断ret;定时器3中断程序g**r2:;优先级int2中断人口;保护现场ldp #0 ;保存机器上下文sst#0,st0_temp ;使用自动寻址,dp-0 sst#1,st1_temp ;保存状态寄存器到b2 daram.ldp#0 sacl context;保存acc的低16位sach context+1 ;保存acc的高16位sarar1,context+2sarar2,context+3sarar3,context+4sarar4,context+5sarar5,context+6ldp#0e0hlaccpivr,1 ;读取外设中断向量寄存器（pivr）,并左移一位add#pvectors;加上外设中断人口地址bacc ;跳到相应的中断服务子程序t3gp_**r:;通用定时器3中断人口ldp#dp_evbsplk#0,t3cntg**r2_ret:;中断返回;恢复现场ldp#dp_evasplk#0ffffh,evaifraldp#0larar5,context+6larar4,context+5larar3,context+4larar2,context+3larar1,context+2lacccontext+1,16addscontextlst#1, st1_templst#0, st0_tempclrcintm ;开总中断,因为一进中断就自动关闭总中断retdsp技术的应用语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。 图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。 军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。 仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。 　　自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。 　　医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。 　　家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。 　　生物医学信号处理举例： ct：计算机x射线断层摄影装置。（其中发明头颅ct英国emi公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。） 　　cat:计算机x射线空间重建装置。出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。 　　心电图分析。 2407和2812是dsp2000系列性能最让人关注的两款芯片，在使用过两种芯片后，特将两款芯片的异同来作一比较。 都是对于电机控制开发使用。由此，在外设上的配备上有较多的相似之处。 2407与2812的异同点1、相同点： 1 时间管理器，来管理定时器和pwm，及电机光电码盘的接口， 2 多路ad来接受传感器的信号 3 通讯接口 spi can sci 使得可以方便的通讯 4 程序存储器和内部ram都有一定的容量满足不同的需求 5 3、3v电压供电，突出了低功耗的节电功能 6 可以进行程序和数据空间的外扩 7 jtag接口相同 8 内核相同 ，方便程序移植 同时，240x系列都有以下特点：采用高性能静态cmos技术，似的供电电压降为3.3v，减小了**的功耗；30mips的执行速度是得指令周期缩短到33ns，从而提高了实时控制能力基于tms320c2xx dsp的cpu核，保证了f240x系列dsp代码与tms320系列dsp代码兼容片内有很大的程序存储器以及数据/程序ram，dram，saram两个事件管理器模块，包括两个16位通用定时器，8个16位脉宽调制通道，3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，16位通道ad转换器。事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。拥有较大的可扩展外部存储器拥有看门狗定时器模块**局域网络（can）2.0b模块，串行通信接口（sci）模块，16位串行外设接口（spi）模块基于锁相环的时钟发生器，众多的通用i/o引脚，5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式2、不同点： 1 电压 2407 3。3v内核和io供电，flash烧写电压5v 。2812 1。8v或者1.9v内核和3。3vio供电，flash烧写电压3.3v 。上电次序，2407没有关系 ，2812 io先上电，核后上电 2 clk 2407最大40m 。2812 最大150m（内核电压1.9v）或者 135m（内核电压 1.8v） 3 下载程序方式 2407 编程器下载 2812 编程器下载 串口 spi 4 cpu 2407为16位处理器 。2812为32处理器 5 程序和数据空间 2407 flash32k ram2。5k可扩展196k 。2812 flash 16×128k ram 16×18k可扩展4m空间 6 时间管理器 2407 定时器16位 一个光电码盘接口。2812 定期器32位 有两个光电码盘接口 7 ad 2407 10位 2812 12位 8 sci 2407 1个 没有缓冲单元 2812 两个 具有缓冲单元 8 can 2407标准can符合2。0b协议 2812增强can和标准can 符合2。0b 9 mcbsp 2407 没有 2812 有 10 语言 2407 汇编 c 2812 汇编 c c＋＋ 11 ti支持 2407没有提供较多的例程支持 2812 提供完整的模块例程支持 12 编程风格 2407倾向于模块编程 2812 类编程，并且结构性更强 13 寄存器的保护。2407没有对系统寄存器的保护，2812提供了保护机制 14 在开发环境的帮助文件上看，2407比2812要好点，2812的寄存器的设置和定 义帮助文件基本没有说明 正因为这些异同点，我们不难看出 2812已经比2407具有了更高的处理能力，更丰富的处理方式和更安全的系统结构，也增加了一部分2407所不具有的功能。所以，信息处理量越来越大的dsp领域，可以预言，2812代替2407已经成为一种趋势。2407是2812的基础一级，2812比2407更加适应如今发展迅速。但我们现阶段还是要通过对2407的学习打好基础，以便更好的理解和学习2812,。dsp未来发展1、数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(simd)、特大指令字组(vlim)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如analog devices的 adsp-2116x。2、dsp 和微处理器的融合：　 　　微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而dsp的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把dsp和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小pcb体积，降低功耗和整个系统的成本。例如，有多个处理器的motorola公司的dsp5665x，有协处理器功能的massan公司filu-200，把mcu功能扩展成dsp和mcu功能的ti公司的tms320c27xx以及hitachi公司的sh-dsp，都是dsp和mcu融合在一起的产品。互联网和多媒体的应用需要将进一步加速这一融合过程。 3、dsp 和高档cpu的融合： 　　大多数高档gpp如pentium 和powerpc都是simd指令组的超标量结构，速度很快。lsi logic 公司的lsi401z采用高档cpu的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。 4、dsp 和soc的融合： soc(system-on-chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括dsp 和系统接口软件等。比如virata公司购买了lsi logic公司的zsp400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如u**、10baset、以太网、uart、gpio、hdlc等一起集成在芯片上，应用在xdsl上，得到了很好的经济效益。因此，soc芯片近几年销售很好，由1998年的1.6亿片猛增至1999年的3.45亿片。1999年，约39%的soc产品应用于通讯系统。今后几年，soc将以每年31%的平均速度增长，到2004年将达到13亿片。毋庸置疑，soc将成为市场中越来越耀眼的明星。 5、dsp 和fpga的融合： 　　fpga是现场编程门阵列器件。它和dsp集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，xilinx 公司的virtex-ii fpga对快速傅立叶变换(fft)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的fpga可供编程。xilinx公司开发出一种称作turbo卷积编**的高性能内核。设计者可以在fpga中集成一个或多个turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3g)wcdma无线基站和手机的需要，同时大大节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用 20210311