TMS320F206設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題
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從全球范圍來看,生產(chǎn)DSP芯片的廠家主要有美國的TI公司、AD公司、Motorola公司以及Lucent公司等。其中TI公司以其卓越的產(chǎn)品性能、多層鎰的產(chǎn)品系列、良好的性能價格比以及較好的售后服務(wù),使其TMS320系列DSP芯片占據(jù)了接近一半的國際市場份額。從定點、浮點到并行,已形成了一個較為完整的產(chǎn)品系列,因而獲得了最廣泛的應(yīng)用。
TMS320系列產(chǎn)品大致是沿著下面三個方向在不斷發(fā)展的。
定點DSP：C1X→C2X→C2XX→C5X→C54X→…;
浮點DSP：C3X→C4X→…;
內(nèi)含多處理器的DSP：C8X→C6X…;
TI公司的TMS320C2XX系列芯片是采用靜態(tài)CMOS集成電路工藝制造的,其結(jié)構(gòu)以C5X為基礎(chǔ)。C2XX和C5X操作靈活、速度高,這是由于采和先進哈佛結(jié)構(gòu)（程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器具有各自的總線）、多級流水線、片內(nèi)外設(shè)、片內(nèi)存儲器和專用的指令集的結(jié)果。C2XX的速度高達40MIPS。C2XX產(chǎn)品具有以下優(yōu)點：
·改進TMS320的結(jié)構(gòu)設(shè)計,使其性能和通用性得以提高。
·采和模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以更快地開發(fā)各種產(chǎn)品。
·采用先進的集成電路工藝以提高性能。
·其源碼與C1X、C2X兼容,能更快、更容易地對C1X、C2X進行升級。
·其增強型指令集適用于快速算法和適合于優(yōu)化高級語言操作。
·采用新的靜態(tài)設(shè)計技術(shù)使其功耗最低。
1 TMS320F206的結(jié)構(gòu)與性能特點
TMS320F206是TI公司C2XX系列產(chǎn)品中非常具有代表性的一種,它含有豐富的片內(nèi)外設(shè)和片內(nèi)存儲器;尤其是片內(nèi)含有可作為程序存儲器的32K閃速存儲器（Flash Ram）。用戶可通過TMS320F206自帶的符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1的JTAG接口將可執(zhí)行程序代碼直接燒錄到芯片仙部,并可通過該接口程序進行仿真與測試?；贘TAG的結(jié)構(gòu),極大地方便了用戶的系統(tǒng)設(shè)計與程序調(diào)試,從而使TMS320F206獲得了廣泛的應(yīng)用。
TMS320F206的主要特點如下：
?。?）從速度上來看,其單周期指令執(zhí)行時間為50、35、25ns,處理速度可達20、28.5或40MIPS。從兼容性來看,其源代碼與C1X和C2X全部產(chǎn)生兼容,與C5X產(chǎn)品向上兼容。
?。?）可尋址的存儲器空間為224K字（程序空間64K字,數(shù)據(jù)空間64K字,I/O空間64K字,還有32字全局存儲空間）。其中,片內(nèi)雙訪問RAM 544字（288字用于數(shù)據(jù),另256字可用于程序或數(shù)據(jù)）,片內(nèi)閃速存儲器（Flash Ram）32K字,片內(nèi)單訪問RAM 4K字。
(3)從CPU的結(jié)構(gòu)來看,含有32位算術(shù)邏輯單元（CALU）和32位累加器,16位并行乘法器（乘積為32位）,3個比例移位器,用于間接尋址數(shù)據(jù)存儲器的8個輔助寄存器,并有專用的算術(shù)單元。在程序控制方面,有4級流水線操作和8級硬件中斷,并有用戶可屏蔽的中斷線。[next]
?。?）具有6組16比特總線,它們是：
.PAB程序地址總線,提供讀、寫程序存儲器的地址。
.PRAB數(shù)據(jù)讀地址總線,提供讀數(shù)據(jù)存儲器的地址。
.DWAB數(shù)據(jù)寫地址總線,提供寫數(shù)據(jù)存儲器的地址。
.PRDB程序讀總線,將指令代碼和立即數(shù)從程序存儲器傳送到CPU。
.DRDB數(shù)據(jù)讀總線,承載數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。
.DWEB數(shù)據(jù)寫總線,承載數(shù)據(jù)傳送到程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。
?。?）含有功能強大的指令集,包括單指令重復(fù)操作、單周期相乘/累加、存儲器塊移動、變址尋址能力、適合基于2 FFT的倒位序變址能力。
?。?）含有豐富的片內(nèi)外設(shè),包括軟件可編程的定時器;適用于程序、數(shù)據(jù)和I/O存儲空間的軟件可編程等待狀態(tài)產(chǎn)生器;振蕩器與鎖相環(huán)（可實現(xiàn)時鐘選擇：×1、×2、×4和除2模式）;CLK寄存器（可控制CLKOUT1引腳的開啟與關(guān)閉）;同步串行口（SSP）;異步串行口（ASP）。
?。?）含有用于仿真和測試的片內(nèi)掃描邏輯電路（IEEE標(biāo)準(zhǔn)1149.1）;5V或3.3V電源靜態(tài)CMOS工藝;可以降低功耗模式工作以減少功率消耗;封裝形式為100線薄型四邊有引線扁平封裝（TQFP）。
2 TMS320F206系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)注意的幾個問題
2.1 速度和時鐘
從運行速度上看,TMS320F206有20、28.5和40MIPS三個具體片種,三種芯片的價格差異較大。40MIPS的DSP可用于20MIPS的低速率,反之則不行。因此在選擇芯片時,要意識到速度的差異,應(yīng)根據(jù)實際的需要選擇合適的芯片,以求獲得最優(yōu)的性能價格比。
TMS320F206有32K的片內(nèi)Flash Ram,可滿足大多數(shù)應(yīng)用場合對程序存儲空間的需要?？蓤?zhí)行程序代碼燒錄進Flash Ram是通過JTAG仿真測試口完成的。但必須注意的是：無論對于40MIPS,還是20MIPS或28.5MIPS的DSP芯片,程度代碼成功燒錄進片內(nèi)Flash Ram的前提條件是TMS320F206工作于20MIPS,亦即CLKOUT1時鐘頻率應(yīng)為20MHz/50ns,否則程序無法燒錄進DPS內(nèi)的Flash Ram。所以,在設(shè)計中,如果希望TMS320F206的運算速度超過20MIPS,且把Flash Ram作為程序存儲空間,則應(yīng)注意主時鐘CLKOUT1的設(shè)計。在利用外時鐘源的情況下,可利用兩個引腳DIV1和DIV2為高低電平來確定CLKOUT1與外時鐘源的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)DIV2和DIV1分別為低電平和高電平時,二者相等;當(dāng)DIV2和DIV1分別為高電平和低電平時,CLKOUT1兩倍于外時鐘源。所以,如果要求在程序運行時,CLKOUT1的速率超過20MHz,可采用將時鐘確定為外部時鐘模式的方法,同時使外部時鐘源的頻率不大于20MHz,然后根據(jù)程序運行或程序燒錄時所需時鐘的不, 通過跳線確定DIV1和DIV2的高低電平,從而分別滿足程序運行和程序燒錄時不同的時鐘需要。例如,希望TMS320F206的運算速度是40MIPS,可用20MHz的晶振作為外部時鐘源;在程序燒錄時,通過跳線將DIV2和DIV1分別設(shè)置為高電平和低電平,此時CLKOUT1是外時鐘源的2倍,為40MHz,可滿足程序運行時的時鐘條件。
2.2 中斷的使用
中斷的使用是系統(tǒng)設(shè)計中十分重要的問題。中斷的軟件設(shè)計,是中斷程序正常運行的關(guān)鍵;而中斷的硬件設(shè)計,有些問題也同樣不容忽視。
在TMS320F206中,中斷的使用是與三個寄存器相聯(lián)系的,即中斷標(biāo)志寄存器（ifr）、中斷屏蔽寄存器（imr）和中斷控制寄存器（icr）。
16位的中斷標(biāo)志寄存器（ifr）標(biāo)志位于數(shù)據(jù)存儲空間內(nèi),地址是0006h。它含有所有可屏蔽中斷的標(biāo)志。當(dāng)可屏蔽中斷請求到達CPU時,ifr中相應(yīng)的標(biāo)志置為1,這表明該中斷掛起,正在等待響應(yīng)。讀ifr可識別掛起的中斷。寫ifr可清除掛起的中斷。為清除中斷請求（也即將ifr標(biāo)志清0）,可向ifr中相應(yīng)的位寫入1,再將ifr當(dāng)前的內(nèi)容寫回ifr,即可清除所有掛起的中斷。
16位的中斷屏蔽寄存器（imr）標(biāo)志位于數(shù)據(jù)存儲空間,地址是0004h。它用于屏蔽內(nèi)部和外部的可屏蔽中斷。因/NMI和/RS是不可屏蔽中斷,的以它們都不包括在imr中,因而imr對這中斷沒有影響。讀imr可以識別被屏蔽和沒有被屏蔽的中斷,寫imr可以屏蔽和不屏蔽中斷。為了不屏蔽某個中斷,應(yīng)將它對應(yīng)的imr中的位寫為1;為了屏蔽某個中斷,應(yīng)將它對應(yīng)的imr中的位寫為0。
16位的中斷控制寄存器（icr）標(biāo)志在I/O空間內(nèi),地址是FFFCh,含有中斷/INT2和/INT3單獨的標(biāo)志位的屏蔽位。它控制HOLD/INT1的引腳功能,并單獨控制/INT2和/INT3中斷。
在TMS320F206的程序空間中,0000h～003fh對應(yīng)中斷向量空間,對于程序設(shè)計中沒有到的向量空間,應(yīng)填零,以防止意外情況發(fā)生。若TMS320F206響應(yīng)了某個硬件中斷,則會自動將其相應(yīng)的中斷標(biāo)志位和中斷允許位INTM置1（INTM為1,則禁止所有中斷）,但在中斷服務(wù)程序結(jié)束后不會自動將二者清0。因此,在中斷服務(wù)程序結(jié)束時,應(yīng)將該中斷的標(biāo)志位和中斷允許位INTM清0,以保證后讀中斷的正常運行。實際經(jīng)驗表明,若在某個中斷的服務(wù)程序中沒將該中實際經(jīng)驗表明,若在某個中斷的服務(wù)程序中沒將該中斷的標(biāo)志清0,則TMS320F206是無法連接正常響應(yīng)該中斷的,結(jié)果是程序運行發(fā)生混亂,出現(xiàn)許多意想不到的結(jié)果。[next]
在TMS320F206中,/INT2和/INT3是兩個較為特殊的可屏蔽硬件中斷,它們共享：
?。?）中斷標(biāo)志寄存器（ifr）中的一標(biāo)志位;
?。?）中斷屏蔽寄存器（imr）中的同一屏蔽位;
?。?）同一個中斷服務(wù)程序（/INT2和/INT3都映射到程序存儲器內(nèi)的中斷向量單元0004h）。
為單獨使用/INT2和/INT3,icr提供了兩屏蔽位（MINT2和MINT3）和兩個標(biāo)志位（FINT2和FINT3）。當(dāng)/INT2和/INT3引腳上有中斷請求時,由MINT2和MINT3確定是否設(shè)置標(biāo)志位FINT2、FINT3和INT2/INT3。為屏蔽/INT2（防止標(biāo)志FINT2和INT2/INT3置1）,可將0寫入MINT2;為屏蔽/INT3（防止標(biāo)志FINT3和INT2/INT3置1）,可將0寫入MINT3.若想將/INT2和/INT3都屏蔽,則只需將imr中的INT2/INT3位置0,CPU接收不到中斷請求,也就不會響應(yīng)中斷請求了。
當(dāng)中斷標(biāo)志寄存器ifr中的INT2/INT3位置1時,說明有一個或兩個中斷掛起。為區(qū)別這兩個中斷,可在中斷服務(wù)程序中測試icr中FINT2和FINT3,然后分配到適當(dāng)程序。如果只希望響應(yīng)其中的一個并執(zhí)行中斷服務(wù)程序,那么可在icr中將另一個屏蔽。CPU響應(yīng)/INT2和/INT3中斷時,其中斷標(biāo)志位不會自動清0,因此必須在中斷服務(wù)程序中將icr和ifr中相應(yīng)的中斷標(biāo)志位以及中斷允許位INTM清0。
TMS320F206共有5個硬件中斷。其中,用戶不可屏蔽中斷有：復(fù)位中斷（/RS）、用戶不可屏蔽中端（/NMI）;用戶可屏蔽中斷有：/INT1、/INT2、/INT3,用戶可通過設(shè)置有關(guān)的軟件寄存器,決定是否響應(yīng)該中斷。
在系統(tǒng)設(shè)計中,若用戶沒有用到某個可屏蔽硬件中斷,一方面應(yīng)通過設(shè)置中斷屏蔽寄存器（imr）將來屏蔽,另一方面也應(yīng)通過設(shè)置相應(yīng)的中斷引腳,將其關(guān)閉,以保證系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。
在通常情況下,用戶都會用到復(fù)位中斷（/RS）,以完成程序的復(fù)位。在復(fù)位中斷電路的設(shè)計中,應(yīng)注意的問題是：
?。?）在系統(tǒng)運行的初始階段,應(yīng)保證/RS為低電平的時間足夠長,以使DSP能準(zhǔn)確地響應(yīng)復(fù)位中斷,從而保證程序的正常運行。
（2）在程序運行過程中,應(yīng)保證/RS有良好的穩(wěn)定性,以防止由于外界干擾使/RS為低電平而使TMS320F206意外復(fù)位,產(chǎn)生意想不到后果。
/NMI是另一個不可屏蔽的硬件中斷,如果在設(shè)計中沒用到該中斷,務(wù)必將其對應(yīng)的引腳/NMI拉高,以防止意外。經(jīng)驗表明,若不鈄/NMI拉高,則通過JTAG將程序代碼燒錄進Flash Ram內(nèi)時,會出現(xiàn)錯誤提示,使燒錄無法完成。
2.3 Flash Ram的使用
TMS320F206有32K的片內(nèi)Flash Ram,分為兩個塊：F0和F1,各占16K的程序存儲空間,二者可以單獨使用,也可以作為一個整體使用。但應(yīng)注意使用片內(nèi)Flash Ram的前提條件是：TMS320F206必須工作于微計算機方式,亦即MP/MC引腳必須置為低電平,從而使片內(nèi)Flash Ram使能。
通過JTAG仿真測試口向Flash Ram燒錄代碼需經(jīng)過以下三個環(huán)節(jié);
?、賑lear, 使所有位都置0;
?、趀rase, 使所有位都置1;
?、踦rogram, 將程序代碼中0所對應(yīng)的位清0。
需明確的是：以上3個環(huán)節(jié)在程序燒錄時,缺一不可,具只能按①、②、③的順序進行;否則在程序燒錄過程中將出現(xiàn)錯誤提示,從而使程序燒錄告以失敗。在實際操作中,易犯的錯誤是不經(jīng)過第1個環(huán)節(jié)而直接進行erase和program,結(jié)果是無法完成程序燒錄。
在JTAG仿真測試口中,有一個Vcc引腳,它是連接目標(biāo)板上TMS320F206的電源端。在程序燒錄時,目標(biāo)板上的電壓不能太低,否則也會出現(xiàn)錯誤提示。筆者在一個5V供電的DSP系統(tǒng)中,曾以4.85V給TMS320F206供電,結(jié)果無法完成燒錄。最后將電源電壓改為4.95V到5.05V的范圍內(nèi)時,一切正常。
2.4 PCB制板與焊接問題
在有關(guān)DSP的PCB設(shè)計中,應(yīng)遵循PCB制作與布線的通用規(guī)則。應(yīng)特點注意 的方面有：務(wù)必將模擬電路和數(shù)字電路獨立布線,最后單點連接電源和地;對所有的輸入信號必須有明確的處理,不能懸浮或置之不理。
TMS320F206的封裝形式只有TQFP（薄型四邊有引線扁平封裝）一種,其外形是一個邊長約1.3厘米的正方形,每個邊上有25個引腳,排列十分密集。在大規(guī)模的專用化生產(chǎn)中,有專用的設(shè)備完成諸如TQFP類貼片型芯片的焊接,但設(shè)備較為昂貴。因此,在實驗室或小規(guī)模生產(chǎn)場合下通常都采用手工焊接的方式。
由于TMS320F206是貼片型芯片,所以在制作PCB板時,應(yīng)采限噴錫工藝,同時應(yīng)注意噴錫的厚度和引腳排列的尺寸。在手工焊接時,宜采用焊頭較細的電烙鐵,筆者根據(jù)實際經(jīng)驗總線的焊接過程如下：
?、賹MS320F206的四邊引腳刷一層松香水;
②將其四邊引腳與PCB板上的引腳一一對齊;
?、塾脽裏岬碾娎予F輕點四個角上的某個引腳以使芯片處于半固定;
?、芪⒄{(diào)四邊引腳位置,直到確定各個引腳已完全對劑;
?、萦脽裏岬碾娎予F對準(zhǔn)引腳處,一一點擊,以使下面的焊錫熔化,完成焊接。應(yīng)注意點擊的時間不要過長,點擊的方向盡量垂直,亦即平壓下去,而不要沿著引腳排列的方向平拉。平拉有可能因用邊過大而使引腳偏離來的位置,從而使相鄰引腳粘在一塊;
⑥用萬用表檢查引腳焊接的通斷。若有不通的引腳,則應(yīng)再次點焊。
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