第8章X281x的时钟和系统控制0403

1、 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术1第第8 8章章 X281xX281x的时钟和系统控制的时钟和系统控制 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术2DSP TMS320F2812内部结构内部结构CPU外设外设存储器存储器系统控制系统控制外部接口外部接口GPIO 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术38.1 时钟单元时钟单元 所有的数字电路尤其是带有所有的数字电路尤其是带有CPUCPU的数字系统，系统各的数字系统，系统各单元都依靠时钟信号作为

2、同步。每秒钟电路运行的操作单元都依靠时钟信号作为同步。每秒钟电路运行的操作次数决定于次数决定于时钟频率时钟频率，因此，时钟的运行频率被视为系，因此，时钟的运行频率被视为系统运行的重要性能指标，同时也是系统可靠运行的基础。统运行的重要性能指标，同时也是系统可靠运行的基础。 在一个系统或在一个系统或CPUCPU内部包含多个功能模块，每个功能内部包含多个功能模块，每个功能模块都有自己适合的工作频率，为此，我们需要通过响模块都有自己适合的工作频率，为此，我们需要通过响应的时钟配置单元进行响应的设置，已达到提高系统性应的时钟配置单元进行响应的设置，已达到提高系统性能，降低功耗的目的。能，降低功耗的目的。

3、 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术4 TMS320F2812处理器内部集成了处理器内部集成了振荡器、锁相环、看振荡器、锁相环、看门狗及工作模式选择门狗及工作模式选择等控制电路。等控制电路。 振荡器、锁相环振荡器、锁相环主要为处理器主要为处理器CPU及相关外设提供可及相关外设提供可编程的时钟，每个外设的时钟都可以通过相应的寄存器进编程的时钟，每个外设的时钟都可以通过相应的寄存器进行编程设置行编程设置; 看门狗看门狗可以监控程序的运行状态，提高系统的可靠性。可以监控程序的运行状态，提高系统的可靠性。 8.1.1 时钟单元基本结构时钟单元基本结

4、构 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术5F2812F2812内部的各种时钟和复位电路内部的各种时钟和复位电路PLL模块外部模块外部控制引脚。控制引脚。全局复位全局复位引脚。引脚。 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术6目前微处理器或目前微处理器或DSPDSP集成的集成的片上锁相环片上锁相环，主要作用：主要作用： 通过软件实时地配置系统时钟和片上外设时钟，通过软件实时地配置系统时钟和片上外设时钟，提高系统的灵活性和可靠性。降提高系统的灵活性和可靠性。降低系统对硬件的设计低系统对硬件的设计要求

5、要求 。 采用软件可编程锁相环，所设计的系统处理器外采用软件可编程锁相环，所设计的系统处理器外部允许较低的工作频率，而片内经过锁相环微处理器部允许较低的工作频率，而片内经过锁相环微处理器提供较高的系统时钟。提供较高的系统时钟。8.1.2 锁相环电路锁相环电路 锁相环锁相环是一种控制是一种控制晶振晶振使其相对于参考信号保持使其相对于参考信号保持恒定相位的电路，在数字通信系统中使用比较广泛。恒定相位的电路，在数字通信系统中使用比较广泛。 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术7 TMS320F2812处理器的片上晶振和锁相环模块处理器的片上晶振和锁

6、相环模块为内为内核及外设提供时钟信号核及外设提供时钟信号，并且，并且控制器件的低功耗工作模控制器件的低功耗工作模式。式。片上晶振模块允许使用片上晶振模块允许使用2种方式为器件提供时钟，种方式为器件提供时钟，即采用即采用内部振荡器内部振荡器或或外部时钟源外部时钟源。8.1.2 锁相环电路锁相环电路 (1) 使用内部振荡器使用内部振荡器，在，在Xl/XCLKIN和和X2这两个引脚之间连接一个石英晶体，这两个引脚之间连接一个石英晶体，一般选用一般选用30 MHz。 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术8 (2) 采用外部时钟采用外部时钟，将输入的时

7、钟信号直接接到，将输入的时钟信号直接接到Xl/XCLKIN引脚上，而引脚上，而X2悬空，不使用内部振荡器。悬空，不使用内部振荡器。 8.1.2 锁相环电路锁相环电路 外部时钟源可以采用频率稳外部时钟源可以采用频率稳定的晶体振荡器，具有使用方便定的晶体振荡器，具有使用方便，价格便宜，因而得到广泛应用，价格便宜，因而得到广泛应用。 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术9全局复位引脚，低电平实现全局复位引脚，低电平实现对对CPU以及所有外设的复以及所有外设的复位。位。PLL模块外部模块外部控制引脚。控制引脚。晶体振荡器及锁相环模块晶体振荡器及锁相环

8、模块 锁相环控制寄存锁相环控制寄存器器PLLCR的的DIV位决定位决定8.1.2 锁相环电路锁相环电路 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术10PLL模式说明SYSCLKOUT/CLKIN禁止引脚置低来进入该模式，PLL模块完全不使能。此时，输入CPU的时钟由来自X1/XCLKIN引脚的时钟信号直接去驱动。XCLKIN旁路如果PLL未处于不使能的状态，这是上电默认的PLL配置（PLLCR的值为0）。PLL自身被旁路，从X1/XCLKIN引脚输入的时钟信号先被/2，然后再送去CPU。XCLKIN/2使能通过给PLLCR寄存器写一个不为0的值来实

9、现PLL的使能，时钟信号需要进入PLL模块进行n倍频，然后再被/2，最后送至CPU。(XCLKIN*n)/28.1.2 锁相环电路锁相环电路 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术1115 43 0ReservedDIVR-0R/W-0位位154eserved 保留位保留位锁相环控制寄存器锁相环控制寄存器PLLCRPLLCR8.1.2 锁相环电路锁相环电路 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术12位位30 DIVDIV位域控制是否旁路，不旁路时，用于设置位域控制是否旁路，不旁路时，用于设置PL

10、L时钟比率。时钟比率。0000CLKINOSCCLK/2（PLL旁路）旁路）0001CLKIN（OSCCLK*1.0）/20010CLKIN（OSCCLK*2.0）/20011CLKIN（OSCCLK*3.0）/20100CLKIN（OSCCLK*4.0）/20101CLKIN（OSCCLK*5.0）/20110CLKIN（OSCCLK*8.0）/20111CLKIN（OSCCLK*7.0）/21000CLKIN（OSCCLK*8.0）/21001CLKIN（OSCCLK*9.0）/21010CLKIN（OSCCLK*10.0）/28.1.2 锁相环电路锁相环电路 曲阜师范大学曲阜师范大学 电

11、气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术13我们平常使用的是第我们平常使用的是第3种方式，即种方式，即PLL使能。使能。晶振为晶振为30M，如何设置，如何设置PLLCR使得，系统时钟频率为使得，系统时钟频率为150MHz。 晶振为30M，PLLCR的DIV位被设置成1010时的时钟频率 CLKIN =（OSCLKIN*10）/2 = (XCLKIN*10)/2 = (30M*10)/2=150M Hz 8.1.2 锁相环电路锁相环电路 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术14 在使用F2812进行开发的时候，通常会用到一些

12、外设，例如SCI、EV、ADC等，要使得这些外设工作，首要的就是向其提供时钟信号。 因此，在系统初始化的时候，就需要对使用到的各个外设的时钟进行使能，假设现在某个项目里用到了EVA、SCI和ADC这3个外设，那么就需要按照对这个3个外设进行时钟的使能。和时钟使能相关的寄存器是外设时钟控制寄存器外设时钟控制寄存器PCLKCR。8.1.3 X2812中各种时钟信号的产生中各种时钟信号的产生 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术1515141312111098ReservedECANENCLKReservedMCBSPENCLKSCIBENCLKS

13、CIAENCLKReservedSPIENCLK743210ReservedADCENCLKReservedEVBENCLKEVAENCLK外设时钟控制寄存器（外设时钟控制寄存器（PCLKCR）SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIENCLKA=1; /使能外设使能外设SCIA的时钟的时钟SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1; /使能外设使能外设EVA的时钟的时钟SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ADCENCLK=1; /使能外设使能外设ADC的时钟的时钟 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应

14、用技术16低速外设时钟预低速外设时钟预定标寄存器定标寄存器LOSPCP高速外设时钟预高速外设时钟预定标寄存器定标寄存器HISPCP8.1.3 X2812中各种时钟信号的产生中各种时钟信号的产生 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术17153210ReservedHSPCLKR-0R/W-001位位153eserved 保留位保留位高速外设时钟寄存器（高速外设时钟寄存器（HISPCP） 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术18位位20HSPCLK配置与配置与SYSCLKOUT相关的高速外设模块

15、时钟（相关的高速外设模块时钟（HSPCLK）频率。）频率。000 高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/1001 高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/2（复位值）（复位值）010 高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/4011 高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/6100 高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/8101高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/10110高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/12111高速时钟高速时钟SYSCLKOUT/14 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术19153210ReservedLSPCLKR-0R/W-010

16、位位153eserved 保留位保留位低速时钟寄存器（低速时钟寄存器（LOSPCP） 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术20位位20LSPCLK配置与配置与SYSCLKOUT相关的低速外设模块时钟（相关的低速外设模块时钟（LSPCLK）频率。频率。000 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/1001 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/2010 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/4（复位值）（复位值）011 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/6100 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/8101 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/10

17、110 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/12111 低速时钟低速时钟SYSCLKOUT/14 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术21总结：总结： F2812的片内外设根据对时钟速率的不同要求被区分为高速时钟外设和低速时钟外设高速时钟外设和低速时钟外设，其中高速时钟外设主要指EVA、EVB和ADC，而低速时钟外设则包括SCIA、SCIB、SPI和McBSP。 F2812专门设置了高速时钟预定标器和低速时钟预定标高速时钟预定标器和低速时钟预定标器器，用于对SYSCLKOUT进行分频控制，从而实现对高速外设工作时钟HSPCLK和低速外设时钟L

18、SPCLK的配置。另外，提供给各个外设单元的SYSCLKOUT时钟还可以通过一个全局寄存器外设时钟控制寄存器外设时钟控制寄存器（PCLKCR）对应位的配置被使能或禁止。8.1.3 X2812中各种时钟信号的产生中各种时钟信号的产生 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术22注意：注意： 1. 在通过软件改变系统的工作频率时，必须等待系统时在通过软件改变系统的工作频率时，必须等待系统时钟稳定后才可以继续完成其他操作。钟稳定后才可以继续完成其他操作。 2. 可以通过外设时钟控制寄存器使能外设时钟。可以通过外设时钟控制寄存器使能外设时钟。 在具体的应

19、用中。为降低系统功耗，不使用的外设最在具体的应用中。为降低系统功耗，不使用的外设最好将其时钟禁止。外设时钟包括高速外设和低速外设两好将其时钟禁止。外设时钟包括高速外设和低速外设两种，分别通过种，分别通过HISPCP和和LOSPCP寄存器进行设置。寄存器进行设置。 8.1.3 X2812中各种时钟信号的产生中各种时钟信号的产生 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术23寄存器寄存器地址地址长度长度（16位）位）描述描述PLLCR0 x70211PLL控制寄存器控制寄存器PCLKCR0 x701C1外设模块时钟控制寄存器（外外设模块时钟控制寄存器（

20、外设时钟使能寄存器）设时钟使能寄存器）HISPCP0 x701A1HSPCLK时钟的时钟的高速外设模高速外设模块时钟预分频寄存器块时钟预分频寄存器LOSPCP0 x701B1LSPCLK时钟的时钟的低速外设模块低速外设模块时钟预分频寄存器时钟预分频寄存器系统控制寄存器结构体文件系统控制寄存器结构体文件 SysCtrlRegs8.1.4 时钟单元寄存器时钟单元寄存器 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术24SCSR0 x70221系统控制系统控制&状态寄存器状态寄存器WDCNTR0 x70231程序监视器计数寄存器程序监视器计数寄存器W

21、DKEY0 x70251程序监视器复位密钥寄存程序监视器复位密钥寄存器器WDCR0 x70291程序监视器控制寄存器程序监视器控制寄存器表中所有寄存器只有在执行表中所有寄存器只有在执行EALLOW指令后，才可以访问。指令后，才可以访问。8.1.4 时钟单元寄存器时钟单元寄存器 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术25问问 题题 如果要使系统时钟为输入时钟的如果要使系统时钟为输入时钟的4倍频，同时使能所有倍频，同时使能所有的外设时钟（高速），将高速外设的时钟设置为系统时钟的外设时钟（高速），将高速外设的时钟设置为系统时钟的的1/8，低速外设的时

22、钟设置为系统时钟的，低速外设的时钟设置为系统时钟的1/10，应该如何，应该如何设置相关的寄存器？设置相关的寄存器？ 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术26void InitPll(Uint16 val) volatile Uint16 i; if (SysCtrlRegs.PLLCR.bit.DIV!=val)/锁相环控制寄存器锁相环控制寄存器 EALLOW; SysCtrlRegs.PLLCR.bit.DIV=val; EDIS;/在锁相环时钟频率切换过程中，只有当锁相环稳定后在锁相环时钟频率切换过程中，只有当锁相环稳定后CPU才会切换到

23、才会切换到新的新的PLL设置，设置，因此在设置完因此在设置完PLLCR后需要等待后需要等待PLL稳定。稳定。/初始化锁相环及外设时钟函数初始化锁相环及外设时钟函数InitPll改变锁相环倍频系数和外设时钟的具体应用程序改变锁相环倍频系数和外设时钟的具体应用程序 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术27 DisableDog( ); for(i=0; i5000;i+) /外设时钟控制寄存器，为降低系统功耗，不使用的外设时钟需要屏蔽。但如果外设时钟控制寄存器，为降低系统功耗，不使用的外设时钟需要屏蔽。但如果使用外设必须首先使能相应的外设时钟使用

24、外设必须首先使能相应的外设时钟void InitPeripheralClocks(void) EALLOW; / HISPCP/LOSPCP预定标寄存器设置预定标寄存器设置 SysCtrlRegs.HISPCP.a11=0 x0001; SysCtrlRegs.LOSPCP.a11=0 x0002; 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术28/使能使用的外设时钟使能使用的外设时钟 SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVBENCLK=1; SysCtrlRegs.P

25、CLKCR.bit.SCIAENCLK=1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIBENCLK=1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.MCBSPENCLR=1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SPIENCLK=1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ECANENCLR1; SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ADCEtTCLK=1;EDIS; 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术29 对于可靠性要求较高的系统，必须能够在没有人为干对于可靠性要求较高的系统，必须能够在没有人为干

26、预的情况下，自动从故障状态恢复运行，尤其是在诸如工预的情况下，自动从故障状态恢复运行，尤其是在诸如工业控制、汽车、机器人等系统尤为重要。有效的措施就是业控制、汽车、机器人等系统尤为重要。有效的措施就是采用看门狗电路。采用看门狗电路。 看门狗主要用来看门狗主要用来检测软件和硬件的运行状态检测软件和硬件的运行状态，实际上，实际上看门狗就是一个看门狗就是一个计数器计数器，其需要在一定的周期内计数器被，其需要在一定的周期内计数器被清零，否则计数器会溢出，产生一个清零，否则计数器会溢出，产生一个系统复位信号系统复位信号，或建，或建立一个立一个非屏蔽中断（非屏蔽中断（NMI）并执行恢复子程序）并执行恢复子

27、程序。 看门狗有效地提高了系统的可靠性。看门狗有效地提高了系统的可靠性。8.2 看门狗模块看门狗模块 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术30振荡器时钟振荡器时钟根据预定标器的根据预定标器的配置二次分频配置二次分频看门狗使看门狗使能开关能开关8位看门狗计位看门狗计数器数器512个振荡器个振荡器时钟周期宽度时钟周期宽度的输出脉冲的输出脉冲集电极开路逻集电极开路逻辑将复位引脚辑将复位引脚拉低。拉低。 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术31 当当8位程序监视器增计数器位程序监视器增计数器计数到最

28、大值时，计数到最大值时，程序监视器模块产生一个输出脉冲，脉宽为程序监视器模块产生一个输出脉冲，脉宽为512个个晶体振荡器时钟宽度（晶体振荡器时钟宽度（OSCCLK）。）。 为了阻止程序监视器复位为了阻止程序监视器复位，用户必须禁止计，用户必须禁止计数器看门狗或程序周期性地向程序监视器密钥寄存数器看门狗或程序周期性地向程序监视器密钥寄存器写入器写入0 x55+0 xAA序列，否则将序列，否则将复位程序监视器计复位程序监视器计数器。数器。8.2.1 看门狗的基本操作看门狗的基本操作 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术32 在看门狗计数器在看门狗

29、计数器(WDCNTR)溢出之前，溢出之前，如果采用如果采用正确的时序向正确的时序向WDKEY写入数据就可以使写入数据就可以使WDCNTR复位。复位。 当向当向WDKEY写写0 x55时，时，WDCNTR复位到使能位复位到使能位置置;只有在向只有在向WDKEY写写0 xAA后才会使后才会使WDCNTR真真正地复位。正地复位。 0 x55和和OxAA以外的以外的任何数据写到任何数据写到WDKEY都会都会引起系统复位引起系统复位。只要向。只要向WDKEY写写0 x55和和0 xAA，无，无论写的顺序如何都不会导致系统复位，而只有先写论写的顺序如何都不会导致系统复位，而只有先写0 x55再写再写0 xAA才会使才会使WDCNTR复位。复位。 8.2.1 看门狗的基本操作看门狗的基本操作 曲阜师范大学曲阜师范大学 电气信息与自动化学院电气信息与自动化学院DSP应用技术应用技术331.1.看门狗控制寄存器看门狗控制寄存器WDCR WDCR 预定标设置位，预定标设置位，配置看门狗时配置看门狗时钟频率钟频率逻辑校验位，逻