基于DSP E1—16XS的硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)

來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)有源用; 作者：中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 袁鵬
摘; 要：介紹數(shù)字信號(hào)處理器E1—16XS開(kāi)發(fā)平臺(tái)的設(shè)計(jì)；詳細(xì)說(shuō)明該處理器和存儲(chǔ)器的連接以及I／0的擴(kuò)展方法，并配合相關(guān)的電路圖加以說(shuō)明，使讀者能夠快速了解該處理器平臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。最后針對(duì)PCB的布線問(wèn)題提出一些建議。目前該開(kāi)發(fā)板運(yùn)行正?？煽?。
關(guān)鍵詞：DSP E1—16XS Hyperstone 開(kāi)發(fā)平臺(tái)
引 言
嵌入式系統(tǒng)硬件的核心是各種類型的嵌入式處理器，目前全世界嵌入式處理器的品種已經(jīng)超過(guò)1000多種，流行體系結(jié)構(gòu)有30多個(gè)系列。嵌入式處理器一般可以分為嵌入式微處理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP處理器和嵌入式片上系統(tǒng)。
與標(biāo)準(zhǔn)微處理器相比，嵌入式微處理器只保留了和嵌入式應(yīng)用有關(guān)的功能，并且為了滿足嵌人式應(yīng)用的特殊要求，在工作溫度、抗電磁干擾、可靠性等方面都做了各種增強(qiáng)。
DSP嵌入式系統(tǒng)是DSP系統(tǒng)嵌人到應(yīng)用電子系統(tǒng)中的一種通用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既具有DSP器件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢(shì)，又具有應(yīng)用目標(biāo)所需要的技術(shù)特征。在許多嵌人式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要在數(shù)據(jù)處理方面具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的DSP，也需要在智能控制方面技高一籌的微處理器(MCU)；因此，將DSP與MCU融合在一起的雙核平臺(tái)，將成為DsP技術(shù)發(fā)展的一種新潮流。德國(guó)Hyperstone公司是真正把DSP成功嵌入32位微處理器的廠商之一，尤其是它的E1一XS系列更是這方面的佼佼者。
1 E1-16XS微處理器結(jié)構(gòu)概述
Hyperstone RISC／DSP架構(gòu)框圖如圖1所示。

Hy—perstone內(nèi)核是專為RISC和DSP功能的集成而設(shè)計(jì)的，但它不是兩個(gè)不同內(nèi)核在單個(gè)芯片上的簡(jiǎn)單組合，而是一個(gè)集成的內(nèi)核和指令集。這一全集成的內(nèi)核基于單處理器模式，帶有單指令流。RISC和DSP單元間簡(jiǎn)單且高效的通信由1個(gè)96路的32位內(nèi)部寄存器實(shí)現(xiàn)，在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可以執(zhí)行3條指令的操作。所以在100 MHz的頻率下可以達(dá)到3。O MOPS這樣優(yōu)秀的性能。
Hyperstone E1-16xS是一款O．25μm CMOS工藝的微處理器。它結(jié)合了高性能的RISC微處理器和DSP處理器，利用簡(jiǎn)潔高效的指令，使嵌入式DSP處理器的實(shí)時(shí)性得以充分的發(fā)揮。
該處理器主要具有如下的特點(diǎn)：
①32位RISC／DSP處理器，ALU、DSP單元和LoaoI／Store單元并行處理，內(nèi)部集成硬件乘法器。
②16根數(shù)據(jù)線，22根地址線，4個(gè)外部存儲(chǔ)體(Mem—oryr Bank)選擇信號(hào)。
③4 GB內(nèi)存地址空間，I／O空間和存儲(chǔ)空間分開(kāi)尋址，存儲(chǔ)器和DSP連接無(wú)需附加邏輯電路。
④片內(nèi)集成16 KB RAM和片上指令高速緩存。⑤具有全面的DRAM和DMA控制器，所有的總線時(shí)序可編程。
⑥片上PLL、CPU最高頻率可達(dá)180 MHz。
⑦中斷服務(wù)程序可在7個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)啟動(dòng)。除內(nèi)部中斷外，還有7個(gè)外部中斷可用。
⑧3個(gè)可編程I／O引腳除了可配置成輸入輸出外，還可以配置成外部中斷輸入使用。
⑨32位定時(shí)器和看門狗定時(shí)器；用戶可利用hyRTK內(nèi)核訪問(wèn)154個(gè)獨(dú)立的“虛擬”定時(shí)器，僅需很少的處理開(kāi)銷。

2 嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示

電源電路：輸入5 V，經(jīng)過(guò)DC-DC變換，分別給微處理器提供2．5 V和3．3 V的電壓。
晶振電路：16 MHz有源晶體振蕩器經(jīng)過(guò)倍頻，分別為Hyperstone內(nèi)核／系統(tǒng)提供128／64 MHz的時(shí)鐘頻率。
復(fù)位電路：可選用簡(jiǎn)單的RC復(fù)位電路，考慮到系統(tǒng)復(fù)位的可靠性和掉電監(jiān)控，建議使用專門的復(fù)位IC，例如MAX706。
微處理器：即E1-16XS，是系統(tǒng)的工作和控制中心。
Flash：可存放Boot監(jiān)控程序、嵌入式操作系統(tǒng)、用戶應(yīng)用程序或其他在系統(tǒng)掉電后需要保存的數(shù)據(jù)。
SDRAM：系統(tǒng)代碼運(yùn)行和數(shù)據(jù)變量存儲(chǔ)的空間。
JTAG接口：通過(guò)該接口可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行在線調(diào)試和程序下載。
I／O擴(kuò)展接口；引出數(shù)據(jù)總線、地址總線和必需的I／0控制總線，便于用戶根據(jù)自身的特定需求，擴(kuò)展外圍電路；DSP可以通過(guò)該擴(kuò)展總線對(duì)其他板卡進(jìn)行控制，或者其他板卡可以通過(guò)該接口對(duì)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行操作。
2．2 系統(tǒng)主要硬件單元電路設(shè)計(jì)
不同的DSP處理器在與DRAM、Flash連接時(shí)通常會(huì)有些差異，所以下面著重分析存儲(chǔ)器接口電路的工作原理和設(shè)計(jì)方法。
(1)Flash接口電路
由于Flash存儲(chǔ)器具有低功耗，大容量，可整片或分扇區(qū)快速燒寫、擦除，掉電后信息不丟失等特點(diǎn)，在各種嵌入式系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。
本系統(tǒng)中，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器采用Hynix的HY29LV160。它是16位數(shù)據(jù)寬度，存儲(chǔ)容量為16 Mb(2 MB)，可以在2．7～3．6 V電壓范圍內(nèi)進(jìn)行讀、編程(燒寫)和擦除操作。
在大多數(shù)系統(tǒng)中，選用1片16位的Flash存儲(chǔ)器芯片(單片容量