定點(diǎn)DSP芯片TMS320F2812實(shí)現(xiàn)快速算法應(yīng)用

來源：國(guó)外電子元器件; 作者：李佳武 張景森 滕 峰;
摘要：論述了以DSP芯片TMS320F2812為核心的一種測(cè)量?jī)x器的組成原理、設(shè)計(jì)思想以及快速定點(diǎn)算法的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)對(duì)定點(diǎn)和浮點(diǎn)算法結(jié)果進(jìn)行了比較。
關(guān)鍵詞：定點(diǎn)芯片；浮點(diǎn)運(yùn)算；快速算法；系統(tǒng)配置；TMS320F2812
１ TMS320F2812簡(jiǎn)介
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是ＴＩ公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性價(jià)比的３２位定點(diǎn)ＤＳＰ芯片。該芯片兼容ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７指令系統(tǒng)?最高可在１５０ＭＨｚ主頻下工作，并帶有１８ｋ×１６位０等待周期片上ＳＲＡＭ和１２８ｋ×１６位片上ＦＬＡＳＨ（存取時(shí)間３６ｎｓ）。其片上外設(shè)主要包括２×８路１２位ＡＤＣ（最快８０ｎｓ轉(zhuǎn)換時(shí)間）、２路ＳＣＩ、１路ＳＰＩ、１路ＭｃＢＳＰ、１路ｅＣＡＮ等，并帶有兩個(gè)事件管理模塊（ＥＶＡ、ＥＶＢ），分別包括６路ＰＷＭ／ＣＭＰ、２路ＱＥＰ、３路ＣＡＰ、２路１６位定時(shí)器（或ＴｘＰＷＭ／ＴｘＣＭＰ）。另外，該器件還有３個(gè)獨(dú)立的３２位ＣＰＵ定時(shí)器，以及多達(dá)５６個(gè)獨(dú)立編程的ＧＰＩＯ引腳，可外擴(kuò)大于１Ｍ×１６位程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２采用哈佛總線結(jié)構(gòu)，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙１６×１６乘加和３２×３２乘加操作，因而可兼顧控制和快速運(yùn)算的雙重功能。
通過對(duì)ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２定點(diǎn)ＤＳＰ芯片合理的系統(tǒng)配置和編程可實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算，本文著重對(duì)此加以說明。
２ TMS320F2812基本系統(tǒng)配置
２．１ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２時(shí)鐘
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的片上外設(shè)按輸入時(shí)鐘可分為如下４個(gè)組：
(１)ＳＹＳＯＵＴＣＬＫ組：包括ＣＰＵ定時(shí)器和ｅＣＡＮ總線，可由ＰＬＬＣＲ寄存器動(dòng)態(tài)地修改；
(２)ＯＳＣＣＬＫ組：主要是看門狗電路，由ＷＤＣＲ寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；
(３)低速組：有ＳＣＩ、ＳＰＩ、ＭｃＢＳＰ，可由ＬＯＳＰＣＰ寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；
(４)高速組：包括ＥＶＡ／Ｂ、ＡＤＣ，可由ＨＩＳＰＣＰ寄存器設(shè)置分頻系數(shù)。
為了使系統(tǒng)具有較快的工作速度，除了定時(shí)器和ＳＣＩ等少數(shù)需要低速時(shí)鐘的地方，其它外設(shè)均可以１５０ＭＨｚ時(shí)鐘工作。

２．２ 存儲(chǔ)空間
圖１所示是ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的內(nèi)部存儲(chǔ)空間映射圖。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２為哈佛（Ｈａｒｖａｒｄ）結(jié)構(gòu)的ＤＳＰ，即在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可同時(shí)進(jìn)行一次取指令、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)的操作。在邏輯上有４Ｍ×１６位程序空間和４Ｍ×１６位數(shù)據(jù)空間，但物理上已將程序空間和數(shù)據(jù)空間統(tǒng)一為一個(gè)４Ｍ×１６位的存儲(chǔ)空間，各總線按優(yōu)先級(jí)由高到低的順序?yàn)椋簲?shù)據(jù)寫、程序?qū)?、?shù)據(jù)讀、程序讀。其中由ＣＹ７Ｃ１０４１擴(kuò)展的２５６ｋ×１６位ＳＡＲＡＭ位于Ｚｏｎｅ ６（０ｘ１０００００～０ｘ１３ＦＦＦＦ），存取時(shí)間不小于１２ｎｓ；１２８ｋ×１６位ＦＬＡＳＨ空間（０ｘ３Ｄ８０００～ ０ｘ３Ｆ７ＦＦＦ）取指時(shí)間不小于３６ｎｓ。為了盡可能提高器件的工作速度，在對(duì)FLASH寄存器編程使其在較高速度下工作的同時(shí)，可將時(shí)間要求比較嚴(yán)格的程序（如時(shí)延計(jì)算子程序、FIR濾波子程序等）、變量（如FIR濾波器系數(shù)、自適應(yīng)算法的權(quán)向量等）各堆?？臻g搬移到H0、L0、L1、M0、M1空間來運(yùn)行。
2.3 中斷
TMS320F28x系列DSP片上都有非常豐富的外設(shè)，每個(gè)片上外設(shè)均可產(chǎn)生1個(gè)或多個(gè)中斷請(qǐng)求。中斷由兩級(jí)組成，其中一級(jí)是PIE中斷，另一級(jí)是CPU中斷。CPU中斷有32個(gè)中斷源，包括RESET、NMI、EMUINT、ILLEGAL、12個(gè)用戶定義的軟件中斷USER1～USER12和16個(gè)可屏蔽中斷（INT1～I(xiàn)NT14、RTOSINT和DLOGINT）。所有軟件中斷均屬于非屏蔽中斷。由于CPU沒有足夠的中斷源來管理所有的片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，所以在TMS320F28x系列DSP中設(shè)置了一個(gè)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）來管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請(qǐng)求。
PIE中斷共有96個(gè)，被分為12個(gè)組，每組內(nèi)有8個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求，96個(gè)片上外設(shè)中斷請(qǐng)求信號(hào)可記為INTx.y(x=1,2,…，12;y=1,2,…,8)。每個(gè)組輸出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)給CPU，即PIE的輸出INTx(x=1,2,…,…12）對(duì)應(yīng)CPU中斷輸入的INT1～I(xiàn)NT12。TMS320F28x系列DSP的96個(gè)可能的PIE中斷源中有45個(gè)被TMS320F2812使用，其余的被保留作以后的DSP器件使用。
ADC、定時(shí)器、SCI編程等均以中斷方式進(jìn)行，可提高CPU的利用率。
2.4 復(fù)位引導(dǎo)

圖2所示是TMS320F2812的片上引導(dǎo)ROM空間映射。其此導(dǎo)程序配置在圖2中的0x3FFC00～0x3FFFBF