ADSP-TS201的系統(tǒng)設(shè)計及外部總線接口技術(shù)
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技術(shù)方案與實用技巧
隨著雷達(dá)技術(shù)發(fā)展，大帶寬高分辨力、多種信號處理方式的采用，使得實時信號處理對數(shù)據(jù)的處理速度大大提高。同時在雷達(dá)信號處理中運算量大，數(shù)據(jù)吞吐量急劇上升，對數(shù)據(jù)處理的要求不斷提高。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，作為數(shù)字信號處理的核心數(shù)字信號處理器(DSP)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。ADSP-TS201DSP是美國模擬器件(ADD公司繼TSl01之后推出的一款高性能處理器。此系列DSP性價比很高，兼有FPGA和ASIC信號處理性能和指令集處理器的高度可編程性，適用于大存儲量、高性能、高速度的信號處理和圖像處理。如雷達(dá)信號處理、無線基站、圖像音頻處理等。
2 ADSP-TS201簡介
ADSP-TS201采用超級哈佛結(jié)構(gòu)，靜態(tài)超標(biāo)量操作適合多處理器模式運算，可直接構(gòu)成分布式并行系統(tǒng)和共享存儲式系統(tǒng)。
(1)最高工作主頻可達(dá)600 MHz，指令周期為1．67 ns。支持單指令多數(shù)據(jù)(SIMD)操作。
(2)支持IEEE32位、40位浮點數(shù)據(jù)格式和8位、16位、32位和64位定點數(shù)據(jù)格式。
(3)4條128位的數(shù)據(jù)總線與6個4 Mb的內(nèi)部RAM相連。
(4)32位的地址總線提供4 G的統(tǒng)一尋址空間。
(5)對與多片處理器的無縫互連提供片上仲裁。
ADSP-TS201處理器由處理器核和IO接口兩部分組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖l所示。其中處理器核由兩個計算塊、兩個整型算術(shù)邏輯單元、程序控制器組成。IO接口由內(nèi)部存儲器、外部設(shè)備接口、14通道的DMA控制器、全雙工的LVDS鏈路口、IEEEll49．1JTAG接口組成。內(nèi)部存儲器為24 Mb DRAM，外部設(shè)備接口包括SDRAM控制器、EPROM接口、主機(jī)接口、多處理器接口。
3 系統(tǒng)設(shè)計
應(yīng)用ADSP-TS201進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，有一些特別需要注意的地方，如：電源設(shè)計、時鐘設(shè)計、JTAG接口、未使用的管腳如何處理等。下面就這幾個方面分別進(jìn)行討論。
3.1 電源設(shè)計
ADSP-TS201處理器共有4組電源，分別是核電源(VDD)、模擬PLL 電源(Vm-1)、內(nèi)部DRAM電源(VDD-DRAM)、IO電源(VDD-K)，并且在不同的工作頻率下供電要求不同。以600 MHz為例，電源工作參數(shù)如表1所示。因此設(shè)計電源的時候要選擇符合電壓電流要求的電源。
ADSP-TS201在上電的時候有上電順序的要求，這點在電源設(shè)計的時候必須考慮到。其上電順序如圖2所不，要求tVDD_ DRAM大于O ms，保證DRAM的上電在最后，而且上電時間也要有所保證。所以在選取電源芯片時應(yīng)該選擇帶有關(guān)斷功能的芯片，如MAX8869等。在電源芯片的SHUTDOWN管腳接一個電容到地，利用電容的充放電作用，在上電開始使能SHUTDOWN管腳，使電源芯片處于關(guān)斷狀態(tài)。隨著電容充電至電源電壓，SHUTDOWN為高電平，此時電源芯片開始工作，輸出1．6 V的電壓，為DRAM供電。
另外ADSP-TS201電源管腳需要旁路電容去耦。在PCB設(shè)計時旁路電容的順序分別是：VDD A到VSS的旁路電容；VDD到VSS的旁路電容；VDD-DRAM到VSS的旁路電容； VDD-IO到VSS的旁路電容。
3．2 時鐘設(shè)計
ADSP-TS201有2個時鐘參考電壓管腳，SCLK_VREFl和SCLK_ VREF2，這兩個管腳應(yīng)該連在一起，為系統(tǒng)時鐘供電電壓的一半。SCLKl和SCLK2是時鐘輸入端，最大系統(tǒng)時鐘是核時鐘的1/4。同時SCLK也為外部接口總線提供時鐘。ADSP一TS201內(nèi)部有一個PLL，通過設(shè)置SCLKRATE2～0引腳將SCLK倍頻到所需的核時鐘。在設(shè)計過程中，為了保證時鐘的同步，可以采用時鐘驅(qū)動芯片，可以同時輸出多路時鐘，為TS201 SDRAM提供系統(tǒng)時鐘。
3．3 JTAG接口
ADSP-TS201 JTAG仿真器是一個14腳的母頭，第3腳是沒有任何連接的。在調(diào)試過程中第3腳必須拔出來。在JTAG接口設(shè)計時要注意以下方面：正確的上下拉電阻，數(shù)據(jù)(TDI，TMS，TDO，TRST，EMU)驅(qū)動、時鐘驅(qū)動如74系列的驅(qū)動芯片。
3．4 未使用管腳的處理
ADSP-TS201包含有3個NC管腳，在設(shè)計中不要有任何連接。對于沒有用到的管腳，應(yīng)根據(jù)是單片系統(tǒng)還是多片互連系統(tǒng)進(jìn)行處理，可以懸空的管腳懸空，不能懸空的管腳一定要接上拉電阻或者下拉電阻。特別是沒有用到的鏈路口的輸入管腳的處理，主要參考ADI網(wǎng)站中所給出的數(shù)據(jù)手冊。
另外TS201支持多片DSP互連，最多可達(dá)8片。通過鏈路口完成片與片之間的通信，電路連接簡單。
4 外部總線接口技術(shù)
ADSP-TS201外部總線支持各種不同的通用／專用協(xié)議，并且可以通過編程進(jìn)行配置。外部總線接口支持流水線協(xié)議，SDRAM協(xié)議和慢速設(shè)備協(xié)議。TS20l可以采用流水線協(xié)議訪問存儲系統(tǒng)，數(shù)據(jù)傳送速度非?？臁Ａ硗釺S20l有片上的SDRAM控制器，支持SDRAM協(xié)議。以下就是這兩種協(xié)議的應(yīng)用。
4．1 SDRAM接口
ADSP-TS201處理器有一個專用的SDRAM接口．可以實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)SDRAM 6 Mb，64 Mb，128 Mb．256 Mb．512 Mb的無縫連接。支持1 024-，512-，256字的頁面長度，通過對SDRCON寄存器的編程可實現(xiàn)頁面長度的選擇。同時SDRAM占用TS201的外部存儲空間地址，通過設(shè)置／MSSD3～0來確定SDRAM的地址空間范圍。
本設(shè)計選用的SDRAM是HY57V561620B，頁面長度為512字，將兩片SDRAM拼接成32位的總線寬度，實現(xiàn)與TS201的無縫接口。根據(jù)不同的總線寬度，TS201的地址總線與SDRAM的連接有所不同。
(1)對于32位數(shù)據(jù)總線其連接方式如下：
SDRAM地址Bit9～0與TS201 ADDR9～0相連；
SDRAM地址Bitl0與TS201的SDA10管腳相連；
SDRAM地址Bitl5～11與TS201 ADDRl5～11相連。
(2)對于64位數(shù)據(jù)總線，連接方式如下：
SDRAM地址Bit9～0與TS201 ADDRl0～1相連，TS201 ADDR0懸空；
SDRAM地址Bitl0與TS201的SDAl0管腳相連；
SDRAM地址Bitl4～11與TS201 ADDRl5～12相連。
另外對于標(biāo)準(zhǔn)的SDRAM(3．3 V)，TS201的地址線ADDRl5∽11都可以作為BANK的選擇線。對于低功率的SDRAM(2．5 V)，只有ADDRl5～14可以作為BANK的選擇線。因此在進(jìn)行接VI設(shè)計時一定要注意所選擇SDRAM的電參數(shù)。
4．2 ADSP-T$201與FPGA接口
本文設(shè)計的系統(tǒng)需要將FPGA連接在TS201的外部總線上，采用DMA中斷，通過總線的方式從FPGA的外掛RAM(乒乓存儲)中讀取數(shù)字下變頻后的I，Q兩路數(shù)據(jù)，其連接方式如圖3所示。
其中MS0，MS1是片選信號，RD和WRL分別是讀和寫信號。在一個PRF周期內(nèi)FPGA進(jìn)行數(shù)字下變頻，將I，Q數(shù)據(jù)存儲到SRAM中，然后向 TS201發(fā)出DMA請求，TS201將SRAM的數(shù)據(jù)采用流水線協(xié)議通過總線讀入片內(nèi)RAM中，進(jìn)行后續(xù)的處理。再將處理完的數(shù)據(jù)以總線方式寫入到FPGA內(nèi)部RAM中，以便進(jìn)行在線仿真或者進(jìn)行后續(xù)的輸出。
5 結(jié) 語
本文主要結(jié)合ADI公司的高性能ADSP-TS201的結(jié)構(gòu)特點，討論了在系統(tǒng)設(shè)計的過程中應(yīng)該重點注意的幾個問題和ADSP-TS201的外部接口技術(shù)，并給出了其與SDRAM，F(xiàn)PGA的連接實例，對基于TigerSHARC系列DSP的應(yīng)用設(shè)計具有實用的參考價值。
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