2DSP芯片TMS320DM642概述

1、第 2 章 TMS320C6000 DSP 芯片概述本章介绍了 TI 公司是 DSP 芯片和 DSP 芯片的命名规则，并着重介绍了TMS320DM642的器件特性及总体原理框图。本章的知识要点为理解TMS320DM6 4 的原理框图构成，本章建议安排 2 个课时进行学习。2.1 DSP芯片概述随着信息技术的高速发展，数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）的应用范围越来越广，普及率越来越高。DSP 的应用领域主要包括：图形图像领域（如图形变换、图像压缩、图像传输、图像增强、图像识别等） 、自动化控制领域（如导航和定位、振动分 析、 磁盘驱动、 激光打印、机器人

2、控制等）、消费电力领域（如智能玩具、扫描仪、机顶盒、VCD/DVD 可视电话、传真机等） 、电子通信领域（如蜂窝电话、IP 电话、无线调制解调器、 数字语音嵌入等） 、语音处理领域（如语音综合、语音增强、语音识别、语音编码等）、工业应用领域（如数字控制、机器人技术、在线监控等） 、仪器仪表领域（如数字滤波器、函 数发生器、瞬时分析仪、频谱分析仪、数据采集仪器等） 、医疗器械领域（如诊断设备、助 听器、病情监控器、心电图设备、超声设备等） 、军事领域（如导弹制导、导航、雷达、保 密通信等）。因此，DSP 在当今电子通信类产品中起到了不可或缺的作用。2.1.1主要类型DSP 芯片主要分为以下两大类

3、：（1） 专用 DSP 芯片。这类芯片被设计和加工成独立的电路模块，只能完成功能单一的任务，它们的使用场合比较特殊，通常应用于高速信号处理环境中，如执行FFT 运算、数值滤波运算、卷积运算等，专用DSP 芯片通过硬件逻辑实现信号处理算法，而不是采用内部编程的方法，这种机制保证了专用DSP 芯片的执行效率、提高了其运算速度，专用DSP 芯片在应用中无须程序设计。只要根据其功能设计外围电路即可。（2） 通用可编程数字信号处理器（ Programmable Digital Signal Processor） 。这类芯 片通过嵌入内部的程序来调用自身的硬件资源， 使用起来更加灵活， 应用领域也更加广泛

4、。狭义上讲 DSP 是一种“更高”级别的单片机，它有着和单片机类似的输入输出引脚、 定时器、 计数器、外设接口、 数据地址总线等， 两者在功能组织方面存在着很多类似之处。 DSP 和单片机在应用领城中也有重叠的区域，比如二者均可以用在自动控制、信号处理和 通信等领域， 它们在这些领域中所起的作用 扮演的角色也类似。 但是， 从深层次上分析， DSP 和单片机之间又存在本质上的不同，表现为以下几个方面。硬件资源方面的不同之处DSP 具有较高的主频，DSP 主频一般为几百兆赫，单片机的主频通常为几兆赫到几十 兆赫，DSP 主频远远高于单片机主频，DSP 和单片机在主频上的差异决定了两者在处理数据速

5、度上的巨大差距。在硬件结构方面，DSP 具有更多的数据总线和地址总线，并行处理数据的能力更加强大，DSP 器件的数字信号处理功能表现尤为突出，TMS320DM64 强大的视频处理功能就是一个典型的例子。处理事务能力方面的不同之处DSP 拥有强大且高效的硬件资源，其应用领域广、应用层面高，DSP 的应用范围已经远远超越了单片机的应用范围，DSP 能够处理更加复杂的综合性事务，涉及视频、音频、网络、图形图像等多种领域。以上比较可帮助读者更好地理解 DSP 芯片的功能和作用。应用系统使用 DSP 芯片还是 单片机应视具体环境和要求而定，尽管 DSP 芯片拥有较高的运算速度，但 DSP 电路系统设 计

6、复杂，研发成本高，所以并不是所有的场合都适合选用DSP 芯片。DSF 芯片的生产厂家很多，类型多样，主要的产品如表2-1 所示。表 2-1 DSP 芯片主要生产厂家厂家国别代表类型TI 公司美国TMS320C2X, TMS320C5x, TMS320C54x, TMS320C64X,TMS320C67x 芯片等Motorola 公司美国DSP56xxx,DSP96xxx 芯片等AD 公司美国ADSP210 x ADSP21x ADSP21MODxADSP21MSPx 芯片等AT&T 公司美国DSP16 DSP32 芯片等NEC 公司日本卩 PD7711x 卩 PD7721x 芯片等2.1.2

7、TI 公司的 DSP 芯片TI 公司是 DSP 芯片的主要生产厂家之一，该公司研发出多歌高性能的DSP 产品，例如定点型 DSP 芯片 C1x、C2x、C2xx、C5x、C54x 和 C6x 等，浮点型 DSP 芯片 C3x、C4x、C67x 等，多处理器型 DSP 芯片 C8x 等。从 DSP 芯片出现的先后顺序来看，TT 公司的 DSP 产品主要经历了 7 个发展阶段，如表 2-2 所示：表 2-2 TI 公司 DSP 产品的发展历程阶段DSP 类型DSP 芯片型号描述第 1 阶段TMS320C1xTMS320C10/14/25TMS320C/E/P14TMS320(C/E/P/LC)15

8、TMS320C/LC16TMS320C/E/P/LC17定点型 DSP 芯片第 2 阶段TMS320C2xTMS320C2xxTMS320C25/E25TMS320C26/28定点型 DSP 芯片第 3 阶段TMS320C3xTMS320C30TMS320C31/LC31浮点型 DSP 芯片第 4 阶段TMS320C4xTMS320C40浮点型 DSP 芯片第 5 阶段TMS320C5xTMS320C50TMS320C5/BC/LC/LBC51TMS320C5/BC/LC/LBC52定点型 DSP 芯片TMS320C5/BC/LC/LBC53第 6 阶段TMS320C8xTMS320C80/8

9、2多处理器型 DSP 芯片第 7 阶段TMS320C54xTMS320C2000TMS320C6000TMS320C541/2TMS320LC541/2/3/4/5/6/7/8/9TMS320VC549TMS320VC5410TMS320F240TMS320F2812TMS320C6201TMS320C6203TMS320C6411-16TMS320C6701TMS320C671-13TMS320C67x 为浮点型 DSP 其他为定点型 DSP从功能上来划分， TI 公司的 DSP 芯片主要包括 TMS32OC2OO0 TMS320C3000、 TMS320C5000 和TMS320C600C

10、 等几个系列。TMS320C2000 系列 DSP 芯片的硬件结构更多地考 虑了工业应用环境，适合在机电控制、电力电子系统中应用，如照明控制、光纤网络、工 业自动化等相关产品。 TMS320C300C 系列DSP 芯片适合在数字音频、激光打印机、扫描仪、读码器、视频会议、工业自动化、机器人和伺服控制产品中应用。TMS320C5000 系列 DSP芯片适合通信设备的开发，如媒体播放器、3G 电话、电子图书、无线Modem GPS 接收装置、指纹识别系统等。TMS320C6000 系列 DSP 芯片的硬件结构功能强大，适用于高速信号处理设备中，如图像图形处理、无线网络、多媒体网关、宽带视频转换器、

11、视频主/从模式服务器和网络相机等。TMS320C2000 系列 DSP 芯片主要包括两种类型：一类是TMS320F28X 子系列芯片，另一类是 TMS320F24X 子系列芯片。F28x 子系列 DSP 芯片的片上资源比 F24x 子系列 DSP 芯片 的片上资源丰富，适合在高精度控制系统中应用.C2000 系列 DSP 芯片内部带有 FLASH 存储器，可以直接存储程序，无须再外扩FLASH 存储器，这是 C2000 系列 DSP 程序存储上的优势。根据时钟频率来划分，C2000 系列 DSP 芯片包括 3 个层次：F2810、F2812 等芯片为 第 1 层次，该类芯片的指令执行速度为15

12、0MIPS; F243、LF2403A、LF2402A、LF2406A、LC2406A、LF2407A 等芯片为第 2 层；C242F241、LC2404A, LC2402A, LF2401A 等芯片为第 3 层次。第 2层次和第 3 层次芯片的指令执行速度为40MIPS.相对较慢。TI 公司的浮点型 DSP 芯片包括两类：一类是 TMS320C300 係列 DSP 芯片.另一类是 TMS32067X 系列DSP 芯片。 C31/C32 属于 C3000 系列芯片的早期产品， 主频为 60MHz 以此 为基础延生出主频 80MHz 的 C31和主频 60/75MHZ 的 C33。TMS3206

13、7X 系列 DSP 芯片属于高 档浮点型信号处理器，C6701 为最精简的一种，工作主频167MHz 以此款芯片为基础相继延生出多种类型的C67x 芯片，如工作主频 225MHz 的 C6713,工作主频 100MHz 的 C6712,工作主频 150MHz 的 C6712C 和工作主频 200MHz 的 6711C 等。TMS320C5000 系列 DSP 芯片主要包括 TMS320C54)子系列和 TMS320C55x 子系列，根据 时钟频率划分为多个层次，C5401 (50MIPS)、C5402 (100-160MIPS )、C5404 (120MIPS )、C5407 (120MIPS

14、)、C5409 (80-160MIPS),C5410 (100-160MIPS )和 C5416 (120-160MIPS)等芯片位于 C5000 系列的底层，在这些底层芯片的基础上，C5000 系列 DSP 芯片划分为 3种应用级别的器件；(1)应用功能较强级别的 DSP 芯片，如 C5501 (400MIPS )、C5502(400MIPS)、C5509 (288-400MIPS)、C5510 (320-400MIPS)等，这一类芯片逐渐向 C55X 技术的芯片方向发展；(2)精简指令集型的 DSP 芯片，相继出现了 C5470 (C54x +ARM7)、 C5471(C54x+ARM7)

15、OMAP5910(C55x+ARM9)等，该类芯片向 OMAP、C55x和 ARM9 集成型 芯片发展；(3)C5000 多核 DSP芯片，女口 C5420 (200MIPS)、C5421 (200MIPS), C5441(532MIPS) 等，在此基础上，将进一步向 C55X多核 DSP 芯片发展。TMS320C600C 系列 DSP 芯片已衍生出多个子系列，包括C62x 子系列、C64x 子系列和C67x 子系列(浮点型 DSP, C6201、 C6202、 C6203、 C6211、 C6204、 C6205、 C6701、 C6711、C6712 和 C6713属于第 1 代 C600

16、0 芯片，C6414, C6415、C6416 C6411、C6412 和 DM642 为第 2 代 C6000 芯片，第 3 代C6000 芯片尚处于研发阶段.主要目标是多核DSP 芯片、新型 1.0GHz C64x 子系列芯片和高档浮点型DSP 芯片。C6000 系列 DSP 芯片包括的类型非常多，应用领域存在较大差别，如C6414 用于一般系统产品、06416 用于 3G 无线网络产品、C6412 用于嵌入式通信设备、C6411 用于多媒体网关产品等。本书主要对 TMS320C6000 系列DSP 芯片 C64x 子系列进行阐述。2.1.3 TI 公司 DSPS片的命名规则TI 公司的

17、DSP 芯片类型多样，在选择 DSP 芯片时一定要仔细辨别芯片表面的标识，以 免选错器件。以TMS32OC6412 型 DSP 芯片为例，介绍 TI 公司 DSP 芯片的命名规则，TMS320C6412 芯片的符号含义如图2-1 所示.“TMS 为芯片标识的前缀，“ 320”表示芯片的类别，“C”表示芯片采用了 CMOS 加工工艺，“6412 ”表示芯片的型号，“GDK 表明芯片 的封装类型，“()”内部的数字一般表示芯片正常工作时的温度范围，“600”表示芯片的主频或工作频率。TI 公司的 DSP 芯片类型众多，对芯片名称中的标识进行归纳，各字段含义 如表 2-3 所示。图 2-1 TI 公

18、司 DSR 芯片命名规则表 2-3 TI 公司 DSP 芯片命名规则字段名称英文标识描述前缀TMX试制阶段的产品TMP定型阶段的产品TMS批量生产阶段的产品SMJ军用级产品SM高可靠性产品OMAP多核产品类别32 或 320TMS32（系列 DSP 芯片采用的技术CCMOST 艺DM数字媒体ECMOST 艺带 EPROMPBFCMOS：艺带 FLASH 存储LC低电压 CMOSC 艺（3.3V）LF低电压 FLASH 存储（3.3V）UC低电压 CMOSC 艺（工作电压 3.3V，内核电压 1.8V）VC低电压 CMO 工艺（工作电压 3.3V，内核电压 2.5V）器件型号C6000 DSPC

19、62x:6201、6202、6202B、6203B、6204、6205、6211、6211BC64x:6411、6412、6413、6414、6415、6416DM64x: DM640 DM641 DM642C67x:6701、6711B 6711C、6712、6712C 6713C5000 DSPC54x:549、5401、5402、5402A、5404、5407、5409、5409A、5410、5410A、5416、 54CST 54V90 5420、 5421、 5441、 5470、 5471C55x:5501、5502、5509、5509A 5510A、5910C2000 DSPC2

20、4x:240、241、242、243、2401A、2402A 2403A、2404A、2406A、2407AC28x:2810、2812C3x DSP30、 31、 32、 33封装类型FN38 引脚 PLCC 封装GDK548 引脚塑胶 BGA 封装GDP277 引脚塑胶 BGA 封装GDY289 引脚微小型 BGA 封装GEL181 弓 I 脚 PGA 封装GFN256 引脚塑胶 BGA 封装GGU144/169 引脚微小型 BGA 封装GGW176/240 引脚微小型 BGA 封装GHH179 引脚微小型 BGA 封装GHK257/288 引脚微小型 BGA 封装GJC352 引脚塑胶

21、BGA 封装GJL352 引脚塑胶 BGA 封装GLS384 引脚塑胶 BGA 封装GLW340 引脚塑胶 BGA 封装GLZ532 引脚塑胶 BGA 封装GNY284 引脚塑胶 BGA 封装GNZ352/548 引脚塑胶 BGA 封装GNG289 引脚微小型 BGA 封装GZZ201 引脚微小型 BGA 封装PG64 引脚 PQFP 封装PAG64 引脚 TQFP 封装PBK128 引脚 LQFP 封装PCM144 引脚 PQFF 封装PGE144 引脚 LQFP 封装PGF176 引脚 LQFP 封装PQ132 引脚 PQFF 封装PYP208 引脚 PowerPAD塑胶 QFP 封装PZ

22、100 引脚 LQFP 封装VF32 引脚 LQFP 封装空C6000 系列 DSP 的工作范围温度为 090C温度范围空C54x系列 DSP 的缺省工作范围温度为-40100 CA-40-105C(C6000 系列 DSPA-40-80C(C2000TM系列 DSPH0-50CL0-70CM-55-125CS-55-125C(C5000 系列 DSPS-40-125C(C2000 系列 DSP频率范围C6000DSP150MHz 167 MHz 200 MHz 233 MHz 250 MHz 300 MHz 400 MHz 500MHz 600 MHz、720 MHz5E0内核最高工作频率

23、500 MHz、EMIF 最高工作频率 100 MHz6E3内核最高工作频率 600 MHz、EMIF 最高工作频率 133 MHz7E3内核最高工作频率 720 MHz、EMIF 最高工作频率 133 MHzC5000DSP50MIPS 80 MIPS、100 MIPS、120 MIPS、160 MIPS、200 MIPSC3xDSP40MFLOPS 50MFLOPS 60MFLOPS 80MFLOPS120MFLOPS150 MFLOPS2.2 TMS320DM642 DSP芯片概况TMS320DM64 是 TI 公司于 2003 年左右推出的一款 32 位定点 DSP 芯片，主要面向数

24、字媒体，属于C6000 系列 DSP 芯片。DM642 保留了 C64x 原有的内核机构及大部分外设的基 础上增加了 3 个双通道数字视频口，可同时处理多路数字视频流。2.2.1 DM642 概述TMS320C64X DSF 芯片(包括 TMS320DM642 勺装置)是 TMS320C6000 DSF 平台上具有 最高性能的定点 DSFTMS320DM642DM642)是基于由德州仪器(TI )开发的超长指令字(VLIW) 结构，因而 DM642 芯片是数字媒体应用的最优选择。DM642 在主频 720MHz 下处理速度达到 5760MIPS, C64x DSF 核具有 64 个 32 位字

25、长的通用 寄存器和8 个独立的功能单元。 DM642 每周期能够提供 4 个 16 位 MACs 每秒可提供 2880 百万 个 MACs 或者 8 个 8位 MACs 每秒 5760MMAC。DM642 具有一个两层的缓存结构和一个强大且多样的外设设备。第一层的程序缓存(L1P)是一个 128 比特的直接映射缓存，第一层的数据缓存(L1D)是一个 128 比特的 2路组相连高速缓存。第二层的存储器/缓存(L2)是由被程序和数据空间共享的2 兆比特的存储空间组成。第二层的存储器可以由映射存储器、缓存或由二者混合组成。DM642 外围设备包括： 3 个可配置的视频端口； 1 个 10/100 M

26、b/s 的以太网媒体访问控制( EMAC)；1 个 管理数据输入/输出(MDIO)模块；1 个 VCXO 内插控制端口 (VIC) ； 1 个多通道缓冲音频串口 (McASF0)； 1 个集成电路接口模块； 2 个多通道缓冲穿行端口 (McBSFs)； 3 个 32 比特的通 用定时器； 1 个用户可以配置的 16 比特或 32 比特的主机口界面 (HFI16/HFI32) ； 1 个外设 连接接口 (FCI) ；1 个 16 脚的具有程序可控的中断 /时间生成模式的通用输入 /输出口 (GF0)； 1 个内能够和同步、异步存储器以及外设相联的无缝连接的外部存储接口(EMIFA)。DM642

27、具有 3 个可配置的视频端口外设 (VP0, VP1, VP2).这些视频端口外设为通用的 视频解码与编码设备提供了一个无缝连接的接口。DM642 视频端口外设支持多分辨率和视频标准(例如： CCIR601, ITU - BT.656, BT.1120, SMFTE 125M, 260M, 274M, and 296M)。3 个视频端口(VP0, VP1, VP2)外设是可以配置的，并且支持视频捕捉和视频演示模式。每 个视频端口由两个通道组成 (A 和 B), 每个通道具有一个 5120 字节捕捉 /显示的缓冲区。DM642 的多通道缓冲音频串口( MCASP0 提供了一个发射和一个接受时钟区

28、，有8 个串行数据引脚， 能够分别设置到这两个区域。 从 2 到 32 个时隙， 在每个引脚上串行口支持 时分多路技术。DM642 拥有足够的带宽支持 8 个串行数据脚传送 192 kHz 的立体声信号， 每个区域上的串行数据可以同时在多串行数据引脚上传送和接收，也可以在I2S 形式上设计成多种样式。此外，MCASP0 可以同时地被编程为输出多种(S/PDIF, IEC60958,AES-3,CP-430 )编码数据通道。MCASP0 也具有差错检查和恢复特征，比如可检测不利高频 主时钟的时钟探测电路，它可以检验主时钟是否在一个可编程频率范围内。VCXC 内插控制(VIC)端口提供了分辨率为

29、9 比特到 16 比特数模转换。 VIC 的输出是一 个比特内插 D/A 输出。以太网媒体接入控制器(EMAC 在 DM642DSF 内核处理器和网络之间提供了一个有效的 接口。DM642EMAC 具有硬件信息流控制和服务质量(QOS)支持，无论是半双工还是双工模式，它都支持 10Base-T 和 100Base-TX,或 10 Mbps 和 100 Mbps DM642EMAC 使用定制的 接口与 DSF 核相连，可以让数据有效地传送和接收。MDIO 模块不断地获取全部 32 个 MDIO 地址，列举出系统中所有PHY 器件。一旦有候选的 FHY 被 DSP 选中，MDIO 模块马上通过读取

30、 PHY 犬态寄存器监控它的连接。连接的改变能保存 MDIQ 并可随时中断 DSF 使得 DSF 无需不断执行 MDIO 存取操作即可获取连接的状 态。TMS320DM64 上的 12C0 端口能够使 DSP 较容易地控制外设，并与主机处理器通信。此外，标准多通道缓冲穿行端口（McBSP）可用于与具有串行外围接口 （SPI）模式的外设通信。DM642 具有完整的发展工具，包括：1 个新的 C 编译器，1 个简化程序和调度的组装优化器，1 个具有执行代码可见性的Win dows 调试器接口。2.2.2 DMS642 的器件特性高性能数字媒体处理器 2 ， 1.67 ， 1.39 ns 指令周期

31、500 ， 600， 720 MHz 时钟频率 每周期执行 8 条 32 位指令 4000, 4800, 5760 MIPS（ 每秒处理的百万级的机器语言指令数 ） 与 C64x 完全兼容VelociT1.2 是具有先进超长指令字（VLIW TMS320C64xDSP 核 VelociT 的升级版8 个独立的功能单元6 个 ALU（ 32/40bit ），每个功能单元支持每时钟周期32 位算术操作，双 16 位比特算术操作，或 4 个 8 位算术操作2 个乘法器支持每时钟周期 4 个 16X 16 位的乘法（结果是 32 位）或者 8 个 8X 8 位乘法 （结果是 16 位） 具有无需阵列支

32、持的负载存储结构 采用 64/32 位通用寄存器 采用指令打包技术，减少代码容量 适合所有指令条件指令设置特点 字节寻址（ 8/16/32/64 位数据） 8 位溢出保护 可位提取，设置，清除操作 具有标准化，饱和度，位计数功能 增强交互的 VelociT1.2L1/L2 存储器结构 128Kbit （16Kbyte） L1P 程序缓存（直接映射） 128Kbit （16Kbyte） L1D 数据缓存（ 2 种方法结合设置）2Mbit （256Kbyte ） L2 标准映射 RAM 缓存（灵活的 RAM 缓存分配） 支持小端模式，大端模式64 位外部存储器接口（ EMIF）支持异步存储器（SR

33、AM 和 EPROM 和同步存储器（SDRAM SBSRAM ZBT SRAM和 FIFO）直接接口 总共有 1024Mbyte 可寻址外部存储空间增强的直接存储器访问（EDMA 控制器（64 个独立的通道）10） 10/100Mb/s 以太网控制器（ EMAC） 适应 IEEE802.3媒体独立接口（ Mil ）-8 个独立的发送通道和 1 个接收通道管理数据输入输出（MDIO3 个可配置视频接口给公共的视频编码解码器件提供一个直接I/F 接口支持多种协议/视频标准内插 VCXO 控制接口支持同步音频/视频主机接口（ HPI） 32/16 位符合 PCI 接口规范 2.2 版本，32 位/6

34、6MHz, 3.3V PCI 主/从接口多通道音频串行接口（ McASP8 个串行数据引脚多种 I2S 和相似的比特流格式 完整的数字音频 I/F 发送器，支持 P/DIF, IEC60958-1, AES-3, CP-430 格式I C 总线2 个多通道缓存串行接口3 个 32 位通用定时器16 个通用输入输出（GPIO 引脚灵活的 PLL 时钟发生器支持 IEEE-1149.1（ JTAG）边界扫描接口548 引脚球栅阵列（BGA 封装（GDK 和 ZDK 为后缀），0.8mm 球间距548 引脚球栅阵列（BGA 封装（GNK 和 ZNK 为后缀），1.0mm 球间距I/O 采用 3.3V

35、 供电，内核采用 1.2V 供电（-500 ）I/O 采用 3.3V 供电，内核采用 1.4V 供电（A-500 , A-600 , -600 , -720）表 2-4 给出了 DM642 DSP 的器件特性。表中显示了DM642 设备的核心特性，包括芯片上的外设容量，CPU 频率和封装类型及引脚数。表 2-4 DM642 处理器的特性硬件特性DM642外设EMIFA （64-比特总线宽度）（时钟脉冲源=AECLKIN）1EDMA （64 个独立通道）1McASPO （使用外设时钟AUXCLK）1I2C0 （使用外设时钟）1HPI （32 或 16 位用户可选）1PCI （32 比特）,66-MHz/33-MHz器件 ID 寄存器值 0 x90651McBSPs 内部时钟源=CPU/4 时钟频率）2可配置的视频端口 （VP0, VP1, VP2）310/100 以太网媒体存取控制器 MAC （EMAC）1数据输入/输出管理（MDIO）1VCXO 内插控制端口(VIC)132 比特定时器(内部时钟源=CPU/8 时钟频率)3通用输入/输出端口 (GP0)16片上存储器大小(字节)288K组织16KB L1 程序存储(L1P)、16KB L1 数据存储(L1D)、256KB 标准映 RAM/Cache (L2)。CPUI