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數(shù)字化已成為電子、通信和信息技術(shù)的發(fā)展趨勢與潮流。在這種趨勢與潮流的推動下，數(shù)字信號處理的理論與實(shí)現(xiàn)手段獲得了快速的發(fā)展，已成為當(dāng)代發(fā)展最快的學(xué)科之一。而DSP芯片作為數(shù)字信號處理，尤其是實(shí)時數(shù)字信號處理的主要方法和手段，自20世紀(jì)70年代末、80年代初誕生以來，無論在性能上還是在價格上，都取得了突破性的迅猛發(fā)展。從定點(diǎn)到浮點(diǎn)直到并行處理芯片，DSP芯片的功能越來越強(qiáng)、速度越來越快例如TI公司的并行處理芯片C6000系列的速度達(dá)到了2400MIPS的高指標(biāo)；而且，DSP芯片的價格越來越低，開發(fā)與設(shè)計手段越來越多樣化、越來越容易。越來越高的性能價格比、日漸完善的開發(fā)方式使DSP的應(yīng)用范圍越來越大，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于通信、雷達(dá)、聲納、遙感、生物醫(yī)學(xué)、機(jī)器人、控制、精密機(jī)械、語音和圖像處理等領(lǐng)域�？梢院敛豢鋸埖卣f，以DSP芯片為基礎(chǔ)的數(shù)字信號處理技術(shù)已成為當(dāng)代電子、通信和信息處理技術(shù)不可或缺的重要手段。 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、多層次的產(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(diǎn)、浮點(diǎn)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(diǎn)DSP：C1X→C2X→C2XX→C5X→C54X→…； 浮點(diǎn)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，這是由于采用先進(jìn)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(dá)40MIPS。C2XX產(chǎn)品具有以下優(yōu)點(diǎn)： ．改進(jìn)TMS320的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其性能和通用性得以提高。 ．采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以更快地開發(fā)各種產(chǎn)品。 ．采用先進(jìn)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(jìn)行升級。 ．其增強(qiáng)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。 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(yùn)算速度上看，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(shí)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(jìn)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，程序代碼成功燒錄進(jìn)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(jìn)DSP內(nèi)的Flash Ram。所以，在設(shè)計中，如果希望TMS320F206的運(yùn)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(yùn)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(yùn)行或程序燒錄時所需時鐘的不同，通過跳線確定DIV1和DIV2的高低電平，從而分別滿足程序運(yùn)行和程序燒錄時不同的時鐘需要。例如，希望TMS320F206的運(yùn)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)置為低電平和高電平，此時CLKOUT1為20MHz，可滿足程序燒錄所需的時鐘條件；在程序運(yùn)行時，則通過跳線將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(yùn)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(yùn)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(dá)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，所以它們都不包括在imr中，因而imr對這些中斷沒有影響。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FFECh含有中斷/INT2和/INT3單獨(dú)的標(biāo)志位和屏蔽位。它控制HOLD/INT1的引腳功能，并單獨(dú)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)計中沒用到的向量空間，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，以保證后續(xù)中斷的正常運(yùn)行。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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是無法連續(xù)正常響應(yīng)該中斷的，結(jié)果是程序運(yùn)行發(fā)生混亂，出現(xiàn)許多意想不到的結(jié)果。 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： (1)中斷標(biāo)志寄存器(ifr)中的同一標(biāo)志位； (2)中斷屏蔽寄存器(imr)中的同一屏蔽位； (3)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(dú)使用/INT2和/INT3，icr提供了兩個屏蔽位(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中的FINT2和FINT3，然后分配到適當(dāng)子程序。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)將其屏蔽，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(yùn)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： (1)在系統(tǒng)運(yùn)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(yùn)行。 (2)在程序運(yùn)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)生意想不到的后果。 /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(yàn)表明，若不將/NMI拉高，則通過JTAG將程序代碼燒錄進(jìn)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(dú)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(jī)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)： ①clear? 使所有位都置0； ②erase? 使所有位都置1； ③program? 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，且只能按①、②、③的順序進(jìn)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(shí)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(jìn)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)特別注意的方面有：務(wù)必將模擬電路和數(shù)字電路獨(dú)立布線，最后單點(diǎn)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為1.2厘米的正方形，每個邊上有25個引腳，排列十分密集。因此，芯片的焊接也成了一個需要注意的問題。一般在大規(guī)模的專業(yè)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(shí)驗(yàn)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)采取噴錫工藝，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(xì)的電烙鐵，筆者根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的焊接過程如下： ①將TMS320F206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； ③用燒熱的電烙鐵輕點(diǎn)四個角上的某個引腳以使芯片處于半固定； ④微調(diào)四邊引腳位置，直到確定各個引腳已完全對齊⑤用燒熱的電烙鐵對準(zhǔn)引腳處，一一點(diǎn)擊，以使下面的焊錫熔化，完成焊接。應(yīng)注意點(diǎn)擊的時間不要過長，點(diǎn)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。平拉有可能因用力過大而使引腳偏離原來的位置，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(diǎn)焊。 |
