TMS320C6000 DSP芯片介绍

　　本文主要是关于TMS320C6000和DSP的相关介绍，并着重对TMS320C6000和DSP芯片进行了详尽的阐述。

　　DSP

　　数字信号处理是一种将现实世界中的真实信号（专业术语称之为连续信号）转换为计算机能够处理的信息的过程。比如人们说话的声音，这就是一个连续信号，除此之外，现实生活中还有很多这样的信号，比如光、压力、温度等等。这些信号通过一个模拟向数字的转换过程（称之为AD），变成数字信号送给处理器，进行数字计算，处理结束后，再把结果通过数字向模拟的转换过程重新变成连续信号（称之为DA）。用一般的通用微处理器可以完成这些工作，但是面临的问题是满足如此高的计算速度，就很难保证耗电量很低，更难保证价格足够便宜。因此，另一种微处理器应运而生：数字信号处理器，简称DSP。

　　DSP是微处理器的一种，这种微处理器具有极高的处理速度。因为应用这类处理器的场合要求具有很高的实时性（Real Time）。比如通过移动电话进行通话，如果处理速度不快就只能等待对方停止说话，这一方才能通话。如果双方同时通话，因为数字信号处理速度不够，就只能关闭信号连接。在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。那时的DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限於军事、航空航天部门。

　　90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属於第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

　　DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种具有特殊结构的微处理器。DSP芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

　　根据数字信号处理的要求，DSP芯片一般具有如下的一些主要特点：

　　（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。与通用微处理器相比，DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。

　　TMS320C6000 DSP芯片介绍

　　近年来，以高速数字信号处理器（DSP）为基础的实时数字信号处理技术飞速发展，并获得了广泛的应用。TMS320C6000系列DSP是德州仪器公司（TI）推出的定点、浮点系列DSP，其中定点产品峰值处理能力达到4800MIPS，浮点产品峰值处理能力达到1350MFLOPS，是目前国际上性能最高的DSP之一，其卓越的性能使得它在传统的DSP领域、雷达、无线电基站等高端领域，以及宽带媒体、身份识别等新兴领域都有很好的应用前景。随着DSP性能和功能的不断增强，应用系统的设计越来越复杂，要将DSP的性能充分释放出来，合理的板级设计是DSP系统开发人员面临的一个关键性的问题。

　　TI公司的三种新型TMS320 DSP系列和OMAP系列

　　1.TMS320C2000——作控制用的最佳DSP，可以替代老的C1X和C2X。

　　TMS320C20X系列DSP芯片具有如下特点：

　　（1）处理能力强：指令周期最短是25nm，运算处理能力达40MIPS。

　　（2）片内具有较大的FLASH存储器：TMS320C20X是最早使用片内FLASH存储器的DSP芯片，FLASH存储器具有比ROM灵活、比RAM便宜的特点，TMS320F206和TMS320F207的片内具有32KB的FLASH存储器和4.5KB的RAM。

　　（3）芯片的功耗低：TMS320C20X系列DSP芯片在5V工作时每个MIPS消耗1.9mA电流，在3.3V工作时每个MIPS消耗1.1mA电流4）芯片的资源配置灵活。

　　TMS320C2000系列DSP芯片价格低，具有较高额性能和适用于控制领域的功能，因此可以广泛地应用于工业自动化、电机控制、运动控制、电力电子、家用电器等领域。现在有趋势集中在以下两个方向上：

　　（1）C20X16位定点DSP，速度为20MIPS，主要用途是电话、数字相机、售货机等，其中：F206带有闪速存储器。

　　（2）C24X16位定点DSP，速度为20MIPS，用作数字马达控制、工业自动化、电力转换系统、空调等。

　　2.TMS320C5000——低功耗高性能DSP，16位定点，速度40～200MIPS。

　　主要用途是有线和无线通信、IP、便携式信息系统、寻呼机、助听器等。TMS320C54XX系列DSP芯片具有如下特点：

　　（1）：运算速度快：其运算速度可达500MIPS。

　　（2）优化的CPU结构。

　　（3）芯片的低功耗工作方式：TMS320C54XX的DSP核可以在3.3、2.5、1.8V甚至更低电压下工作，特别适合于无限移动设备。

　　（4）芯片具有智能外设：提供了多通道缓冲串行口。以及和外部处理器通信的主机HPI。

　　目前，C5000系列中又有三种新成员，一种是C5402，这是廉价型的DSP，速度保持100MIPS，片内存储空间稍小一些，RAM为16K、ROM为4K。主要应用对象是无线Modem、新一代PDA、网络电话和其它电话系统以及消费类电子产品。第二种是C5420，它拥有两个DSP核，速度达到200MIPS，200K片内RAM，功耗0.32mA/MIPS，200MIPS全速工作时不超过120mW，为业内功耗最低的DSP。C5420是当今集成度最高的定点DSP，适合于做多通道基站、服务器、Modem和电话系统等要求高性能、低功耗、小尺寸的场合。第三种是C5416，它是TI公司0.15μm器件中的第一款，速度为160MIPS，有三个多通道缓冲串行口（McBSPs），能够直接与T1或E1线路联接，不需要外部逻辑电路，有128K片内RAM。应用对象是VoIP、通信服务器、PBX（专用小交换机）和计算机电话系统等。

　　3.TMS320C6000——这是TI公司1997年2月推向市场的高性能DSP，综合了目前DSP的所有优点：

　　（1）具有最佳的性价比和低功耗。

　　（2）运行速度快：指令周期最小为3.3ns，运算能力为2400MIPS。

　　（3）指令集不同：一条指令中组合了几个执行单元，结合其独特的内部结构，充分发挥其内部集成的各执行单元的独立运行能力。

　　（4）大量的片内存储器和大范围的寻址能力：片内最多集成了512K字程序存储器和512K字数据存储器，并拥有32位的外部存储器借口。

　　（5）智能外设：内部集成了4-16个DMA借口，2-3个多通道缓冲串口，2个32位定时器等。由于TMS320C6000系列具有极高的性能，因此可以广泛地应用于通信领域，主要应用于：数字移动通信、个人通信系统、个人数字助理、数字无线通信、无线数据通信、便携式因特网音频处理器。

　　在老的TI DSP系列中，浮点C30还是TI公司主推的产品，因此它的售价不像其它老系列每年都要提升。TI公司还在对这个型号作性能改进和制造廉价型，如新近推出的C33采用0.18μm制造工艺，有1M RAM，速度为120Mflops，为老产品的两倍，而价格仅5美元。速度更高的150Mflops为8美元。C33与其它C3X器件代码兼容，所以用户可以保护其软件环境，在他们换用新器件时还可以减少开发时间。

　　4.OMAP（Open Multimedia Applications Platform，开放式多媒体应用平台）

　　这是TI公司推出的专门为支持第三代（3G）无线终端应用而设计的应用处理器体系结构。OMAP处理器平台提供了语言、数据和多媒体所需的带宽和功能，可以极低的功耗为高端3G无线设备提供极佳的性能。OMAP嵌入式处理器系列包括应用处理器及集成的基带应用处理器，目前已广泛应用于实时的多媒体数据处理、语音识别系统、互联网通信、无线通信、PDA、Web记事本、医疗器械等领域。

　　TMS320C6000 DSP和Bootloader、VectorTable

　　1. Bootloader

　　

　　如上图，

　　（1）在Device Reset阶段：

　　设备初始化为默认状态，大部分三态输出都配置为高阻态。

　　（2）在CPU Reset阶段：

　　从RS上升沿处开始（这个时候，根据HD［4:3］配置启动模式，HD8配置大小端模式，CLKMODE配置输入时钟源，根据HPI_EN配置外设功能），处理器检查启动模式HD［4:3］，启动bootloader程序。

　　EDMA自动将CE1开始位置的1KB代码拷贝到内部程序存储器的0地址。

　　

　　（3）RESET信号恢复高电平，CPU从内存0地址处开始运行程序

　　2. Interrupt Vector Table（Interrupt Service Table， IST）

　　处理器在RESET为低电平时复位，在RESET的上升沿，启动配置被锁定，开始从0地址处执行程序。一旦ROM启动完成（将外部ROM的1KB程序拷贝到内存0地址完成），寄存器初始化为默认值，程序计数器PC装载复位中断向量（复位中断向量需要在0地址处），CPU开始从0地址开始执行，这个地址称为复位向量。

　　默认的，中断服务表（IST）也在0地址处。IST是中断向量的一个集合，当CPU中断发生时，PC自动通过中断向量跳转到对应的中断服务程序。每个中断向量都是8个字（WORD）对齐。IST可以重映射到任意的以0x400-byte对齐的位置，但需要修改中断服务表指针（ISTP），在复位时，ISTP初始化为0值，IST首地址与复位向量对齐。

　　（1）创建中断向量表

　　IST由32个服务向量组成，每个向量对应一个CPU中断，特殊的：中断号0对应复位向量，中断号1对应不可屏蔽中断（NMI）。中断4~15对应各种信号事件的中断。中断号为n的中断向量的地址为

　　比如，ISTP重定位到0x1000，中断号为4的中断向量地址为Addr=0x1000+0x20*4=0x1080。

　　每个中断向量必须在8条指令内完成，若无法在8条指令内完成，必须将一些工作放到中断服务程序（Interrupt Service Routine， ISR）中完成。

　　.sect vectorsRESET： MVK .S2 Start， B0 ; Load Start address MVKH .S2 Start， B0 ; Load Start address B .S2 B0 ; Branch to start NOP NOP NOP NOP NOPNMI_ISR： MVK .S2 Nmi_isr， B0 MVKH .S2 Nmi_isr， B0 B .S2 B0 NOP NOP NOP NOP NOP

　　上面是包含了复位和不可屏蔽中断的中断向量表的一个例子，主要是完成一个跳转到中断服务程序的功能。

　　（2）中断服务程序（ISR）

　　当使用-c或-cr链接器选项时，DSP的C编译器自动的创建了函数_c_int00，这个函数对应C程序的入口地址，复位向量必须跳转到_c_int00地址处。当C程序遇到一个CPU中断时，在中断向量表中或中断服务程序中要使用的CPU寄存器都将先被压入堆栈，一旦中断服务程序完成，堆栈中的值弹出到对应的寄存器，继续执行原C程序。

　　中断服务程序需要使用关键字interrupt声明，

　　interrupt void myISR（void）{ /* Code for myISR */ …}

　　中断服务程序没有返回值，也没有参数，interrupt的功能就是在执行该中断服务程序前自动将寄存器压栈，执行完后自动的弹栈。

　　*********************************************************************************

　　* vecs.asm

　　* Copyright 2003 by SEED Electronic Technology Ltd.

　　* All rights reserved. Property of SEED Electronic Technology Ltd. *

　　* Designed by： Hongshuai.Li *

　　*********************************************************************************

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* Global symbols defined here and exported out of this file

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.global _vectors

　　.global _c_int00

　　.global _vector1

　　.global _vector2

　　.global _vector3

　　.global _vector4

　　.global _vector5

　　.global _vector6

　　.global _vector7

　　.global _c_int08 ; Hookup the c_int08 ISR in main（）

　　.global _vector9

　　.global _vector10

　　.global _vector11

　　.global _vector12

　　.global _vector13

　　.global _vector14

　　.global _vector15

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* Global symbols referenced in this file but defined somewhere else.

　　* Remember that your interrupt service routines need to be referenced here.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.ref _c_int00

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is a macro that instantiates one entry in the interrupt service table.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　VEC_ENTRY .macro addr

　　STW B0，*--B15

　　MVKL addr，B0

　　MVKH addr，B0

　　B B0

　　LDW *B15++，B0

　　NOP 2

　　NOP

　　NOP

　　.endm

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is a dummy interrupt service routine used to initialize the IST.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　_vec_dummy：

　　B B3

　　NOP 5

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　* This is the actual interrupt service table （IST）。 It is properly aligned and

　　* is located in the subsection .text:vecs. This means if you don‘t explicitly

　　* specify this section in your linker command file， it will default and link

　　* into the .text section. Remember to set the ISTP register to point to this

　　* table.

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　.sect “.text:vecs”

　　.align 1024

　　_vectors：

　　_vector0： VEC_ENTRY _c_int00 ;RESET

　　_vector1： VEC_ENTRY _vec_dummy ;NMI

　　_vector2： VEC_ENTRY _vec_dummy ;RSVD

　　_vector3： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector4： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector5： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector6： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector7： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector8： VEC_ENTRY _c_int08 ; Hookup the c_int08 ISR in main（）

　　_vector9： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector10： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector11： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector12： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector13： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector14： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　_vector15： VEC_ENTRY _vec_dummy

　　*------------------------------------------------------------------------------

　　********************************************************************************

　　* End of vecs.asm

　　********************************************************************************

　　上面是一个实际使用的C6713的中断向量表的汇编文件（vecs.asm），其中定义了全部15个中断向量，复位向量跳转到_c_int00地址，8号中断向量跳转到_c_int08函数地址，在C主程序中应该做如下定义，

　　/* * interrupt function */interrupt void c_int08（void）{ }

　　另外，由于在C程序中的PC跳转到中断向量地址是远跳转，因此有时需要在C程序中声明中断向量地址为远地址，如下，

　　extern far void vectors（）;

　　其中的vectors（）表示中断向量表的起始地址（汇编中使用了_vectors）。

　　结语

　　关于TMS320C6000和DSP的相关介绍就到这了，如有不足之处欢迎指正。

相关阅读推荐：DSP芯片主流厂商分析与常用芯片

相关阅读推荐：DSP芯片的特点与分类