TMS320C672x系列浮點(diǎn)DSP的EMIF研究與應(yīng)用

2010-03-26 07:32:12張西峰杜普選孔勇

電子設(shè)計(jì)工程 2010年12期

張西峰，杜普選，孔勇

（北京交通大學(xué)電子信息工程學(xué)院，北京100044）

目前，DSP技術(shù)已廣泛用于信號(hào)處理、通信和雷達(dá)等領(lǐng)域。TI公司的帶EMIF擴(kuò)展存儲(chǔ)器接口的浮點(diǎn)DSP TMS320C672x系列是專為高速、高性能應(yīng)用而開發(fā)的，主要應(yīng)用于高速寬帶、圖像處理和高速鐵路軌道信號(hào)處理等領(lǐng)域。DSP應(yīng)用平臺(tái)設(shè)計(jì)中，外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）是為DSP與外部設(shè)備之間提供連接。EMIF和外部器件SDRAM以及Flash的合理設(shè)計(jì)關(guān)系到系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和程序加載。

TMS320C672x系列浮點(diǎn)DSP的EMIF性能優(yōu)良，增強(qiáng)了與外部1、2或4區(qū)的16位或32位SDRAM和異步器件連接的方便性和靈活性。TMS320C6722和TMS320C6726 EMIF寬度為16位，支持的SDRAM可達(dá)128 Mb；TMS320C6727 EMIF寬度為32位，支持高達(dá)256 Mb和512 Mb的SDRAM[1]。異步存儲(chǔ)器接口是從并行的8位、16位或32位NOR Flash實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自啟動(dòng)。若使用大容量的Flash，EMIF連接Flash的高位地址線可通過(guò)外部器件CPLD或自身GPIO口擴(kuò)展。

1 EMIF接口

EMIF接口具有很強(qiáng)的外設(shè)連接能力，可尋址空間一般比較大，數(shù)據(jù)吞吐較快。EMIF接口支持的器件包括同步突發(fā)靜態(tài)RAM（SBSRAM）、同步動(dòng)態(tài)RAM（SDRAM）、各種異步設(shè)備（SRAM、ROM和FIFO）以及同步FIFO。TMS320C672x的EMIF引腳結(jié)構(gòu)如圖1所示[2]。

圖1 TMS320C672x的EMIF功能框圖Fig.1 Block diagram of EMIF for TMS320C672x

其主要引腳功能如下：

EM_A[x:0]：EMIF地址總線。當(dāng)與SDRAM器件連接時(shí)，地址總線主要為SDRAM提供行地址和列地址。當(dāng)與異步器件連接時(shí)，這些引腳與EM_BA引腳提供器件地址。

EM_BA[1:0]：EMIF存儲(chǔ)區(qū)地址線。與SDRAM連接時(shí)，為SDRAM提供存儲(chǔ)區(qū)地址。與異步器件連接時(shí)，這些引腳與EM_A引腳共同提供器件地址。

EM_WE_DQM[x:0]：低電平有效寫觸發(fā)或字節(jié)使能引腳。與SDRAM連接時(shí)，這些引腳與SDRAM的DQM引腳連接，在數(shù)據(jù)訪問中分別使能/禁止每一字節(jié)。與異步器件連接時(shí)，這些引腳可作為字節(jié)使能（DQM）或字節(jié)寫觸發(fā)（WE）。

EM_CS[0]和[2]：CS[0]為SDRAM器件低電平有效芯片使能引腳，當(dāng)訪問異步器件時(shí)此引腳失效，在完成異步存取后自動(dòng)恢復(fù)其功能；CS[2]為低電平有效異步器件使能引腳，僅在訪問異步存儲(chǔ)器時(shí)有效。

EM_RAS：低電平有效行地址選通引腳，與SDRAM的RAS引腳連接，用于向此器件發(fā)送命令。

EM_CAS：低電平有效列地址選通引腳，與SDRAM的CAS引腳連接，用于向此器件發(fā)送命令。

EM_CKE：時(shí)鐘使能引腳，與SDRAM的CKE連接，發(fā)出自刷新命令，使器件進(jìn)入自刷新模式。

EM_CLK：SDRAM時(shí)鐘引腳，EMIF時(shí)鐘來(lái)自DSP的PLL控制器的SYSCLK3時(shí)鐘模塊。

2 EMIF與SDRAM的設(shè)計(jì)

這里以SDRAM（HY57V281620A）為例，說(shuō)明EMIF和SDRAM的接口與配置，HY57V281620A是4 Bank×2MB×16 bit的SDRAM器件，可與TMS320C6722 DSP無(wú)縫連接[3]。圖2是TMS320C6722型DSP與HY57V281620A型SDRAM的電路連接。

圖2 TMS320C6722與HY57V281620A的電路連接圖Fig.2 Schematic diagram of TMS320C6722 and HY57V281620A

2.1 SDRAM的軟件配置

在TMS320C6722的EMIF中有一組存儲(chǔ)器映射寄存器，通過(guò)設(shè)置這些寄存器便可完成對(duì)SDRAM的配置，包括配置寄存器SDCR、刷新控制寄存器SDRCR、時(shí)序寄存器SDTIMR和自刷新退出時(shí)序寄存器SDSRETR。具體的配置代碼如下：

*（int*）EMIF_SDTIMR=（6＜＜27）//T_RFC設(shè)置自動(dòng)刷新周期（66 ns）

|（1＜＜24）//T_RP預(yù)充電周期（20 ns）

|（1＜＜20）//T_RCD激活讀寫延時(shí)（20 ns）

|（1＜＜16）//T_WR寫恢復(fù)時(shí)間（1clk+7.5 ns）

|（4＜＜12）//T_RAS激活充電命令周期（44 ns）

|（6＜＜8）//T_RC激活激活命令周期（66 ns）

|（1＜＜4）；//T_RRD激活塊A和B周期（15 ns）

*（int*）EMIF_SDSRETR=6；//設(shè)置自刷新（66 ns）

*（int*）EMIF_SDRCR=0x000004E2；//設(shè)置SDRAM刷新速率

*（int*）EMIF_SDCR=（0＜＜31）//SR退出自刷新模式

|（1＜＜14）//NM設(shè)置16位數(shù)據(jù)線

|（2＜＜9）//CL設(shè)置CAS latency=2 EM_CLK

|（1＜＜8）//BIT11_9LOCK允許CL被寫

|（2＜＜4）//IBANK表示器件為4塊的SDRAM

|（0＜＜0）；//PAGESIZE設(shè)置為256字的頁(yè)面

*（int*）EMIF_SDRCR=0x0000061A；//再次設(shè)置刷新率，與器件的刷新間隔相匹配

2.2 SDRAM的軟件操作

根據(jù)上面軟件配置中IBANK和PAGESIZE字段的設(shè)置，圖3列出了C6722 EMIF連接16位4區(qū)256字頁(yè)面的SDRAM地址映射關(guān)系，其他系列地址映射關(guān)系參考TI資料。SDRAM讀/寫程序流程如圖4所示。

圖3 EMIF連接16位SDRAM時(shí)的地址映射Fig.3 Address mapping when EMIF connecting to 16-bit SDRAM

圖4 SDRAM讀/寫程序流程圖Fig.4 Flow chart of read/write SDRAM program

EMIF控制SDRAM工作時(shí)，當(dāng)行地址選通引腳EM_RAS有效時(shí)，SDRAM通過(guò)A0～A11獲取行地址；當(dāng)列選通引腳EM_CAS有效時(shí)，SDRAM通過(guò)A0～A11獲取列地址。EMIF訪問的外部SDRAM空間地址映射為0x80000000～0x8FFFFFFF，由表1的地址映射知，如果要存儲(chǔ)16位的short int型數(shù)據(jù)到SDRAM，每次邏輯地址需要加2，如：*（short int*）（0x80000000+i*2）=short int i；存儲(chǔ)32位的int型數(shù)據(jù)每次地址需要加4，如：*（int*）（0x80000000+i*4）=int i。

3 EMIF與Flash的設(shè)計(jì)

當(dāng)DSP脫機(jī)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)上電或復(fù)位后，DSP系統(tǒng)自帶的Bootloader將一段存儲(chǔ)在外部的非易失性存儲(chǔ)器中的代碼搬移到內(nèi)部高速存儲(chǔ)單元中執(zhí)行。這樣既利用了外部存儲(chǔ)單元擴(kuò)展DSP本身有限的ROM資源，又充分發(fā)揮了DSP內(nèi)部資源的效能。TMS320C672x系列DSP只支持一種硬啟動(dòng)選項(xiàng)，即從內(nèi)部ROM地址0x00000000啟動(dòng)，其他啟動(dòng)選項(xiàng)由存儲(chǔ)于ROM的軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)。軟啟動(dòng)器使用CFGPIN0和CFGPIN1寄存器，這2個(gè)寄存器在復(fù)位時(shí)捕捉相關(guān)器件引腳的狀態(tài)，以決定進(jìn)入那種啟動(dòng)模式。ROM主要有4種自啟動(dòng)模式：從EM_CS2空間的并行Flash啟動(dòng)、利用SPI0或I2C1主模式從EEPROM啟動(dòng)、利用SPI0或I2C1從模式從外部MCU啟動(dòng)以及利用UHPI口從外部MCU啟動(dòng)。這里分析了從EM_CS2空間的并行Flash啟動(dòng)模式，給出了高密度、非易失性的電可擦除存儲(chǔ)器AM29LV800BB-90EC（512 K×16 Bit）與EMIF的接口設(shè)計(jì)方案。

3.1 Flash的硬件連接

AM29LV800BB-90EC型Flash具有19根地址線，而TMS320C6722 EMIF只有14根地址線（EBA0～EBA1、EA0～EA11）。因此，EMIF與Flash連接時(shí)地址線不夠用，需要擴(kuò)展高位地址線，這里提出兩種擴(kuò)展方法：GPIO擴(kuò)展和CPLD地址鎖存器擴(kuò)展。

3.1.1 G PIO擴(kuò)展

TMS320C672X MCASP通道的各功能引腳都可以作為通用的I/O接口，直接與Flash存儲(chǔ)器的高位地址線連接。硬件原理圖如圖5所示[4]。圖5中，任何在復(fù)位時(shí)可下拉的GPIO引腳都可用于控制Flash啟動(dòng)器的地址線A[18:13]。

圖5GPIO擴(kuò)展高位地址線的連接圖

Fig.5 Schematic diagram of high address extension by GPIO

3.1.2 C PLD地址鎖存器擴(kuò)展

在CPLD中設(shè)計(jì)一個(gè)地址鎖存器74L273，通過(guò)74L273的輸出口擴(kuò)展7根高位地址線A11～A17，分別與Flash的A12～A18連接。EMIF的EM_A[11]作為CPLD鎖存器的輸入選通端選，EMIF數(shù)據(jù)線作為鎖存器的輸入，如圖6所示。

3.2 FLash的軟件配置

在EMIF異步接口中，A1CR是唯一需要編程的寄存器。根據(jù)Flash器件的特性，配置如下：

*（int*）EMIF_A1CR=（0＜＜31）//SS選擇寫觸發(fā)

|（1＜＜30）//EW允許擴(kuò)展等待模式

圖6 CPLD地址鎖存器擴(kuò)展的高位地址線連接圖Fig.6 Schematic diagram of high address extension by CPLD

|（0＜＜2）//TA讀/寫之間的最小時(shí)鐘周期數(shù)|（1＜＜0）；//ASIZE設(shè)置數(shù)據(jù)總線寬度

3.3 Flash的軟件操作

TMS320C672x DSP的存儲(chǔ)器中EMIF訪問的外部異步器件FLash空間地址映射為0x90000000～0x9FFFFFFF之間。由于Flash數(shù)據(jù)總線寬度為16位，因此在硬件設(shè)計(jì)時(shí)選用半字尋址，即EMIF的BA[1]連接Flash的A[0]。根據(jù)配置寄存器A1CR中數(shù)據(jù)總線寬度的配置，訪問異步器件時(shí)TMS320C6722中內(nèi)部地址和EMIF地址引腳對(duì)應(yīng)如表1所示。

表1 EMIF連接異步器件地址映射Tab.1 Address mapping when EMIF connect to asynchronous devices

Flash在讀操作中類似于普通的ROM，在寫操作中需要使用一些特殊命令字，按一定的順序編程，且可隨時(shí)編程，編程命令根據(jù)器件參考資料。對(duì)Flash的讀/寫流程如圖7所示。

圖7 Flash讀/寫流程圖Fig.7 Flow chart of Flash read/write

由表1知，對(duì)Flash進(jìn)行16位數(shù)據(jù)寫操作時(shí)每次偏移地址需要左移1位，即：*（short int*）（0x90000000+i*2）=short int i；//對(duì)Flash的i地址寫入16位數(shù)據(jù)i

由于此Flash高位地址線為擴(kuò)展的地址線，必然導(dǎo)致訪問Flash時(shí)地址不連續(xù)。每次只能連續(xù)訪問Flash內(nèi)部4 K×16 Bit空間，即0x9000_0000～0x9000_1FFE。需要訪問高地址空間時(shí)，首先通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的GPIO引腳或者通過(guò)數(shù)據(jù)線利用CPLD設(shè)置Flash的相應(yīng)高地址線；然后再分別操作低位地址線進(jìn)行讀寫，便可完成對(duì)高地址空間的讀寫。

4 EMIF并行Flash自啟動(dòng)

4.1 Flash自啟動(dòng)過(guò)程

在實(shí)際應(yīng)用中通常把代碼和數(shù)據(jù)表存放在外部的非易失性存儲(chǔ)器Flash中。TMS320C672X系列DSP片上的Bootloader工具只能將1 KB的代碼搬移到內(nèi)部RAM。但是在通常情況下，用戶應(yīng)用程序的大小都會(huì)超過(guò)1 KB，所以需要在外部Flash的前1 KB范圍內(nèi)預(yù)先存放一小段程序，待片上Bootloader工具把此段代碼搬移入內(nèi)部并開始執(zhí)行后，由此段代碼將Flash中剩余的用戶應(yīng)用程序搬移入內(nèi)部RAM中。Flash中前1 KB代碼為二級(jí)Bootloader。系統(tǒng)上電或復(fù)位時(shí)，DSP內(nèi)部固化的啟動(dòng)代碼會(huì)自動(dòng)將位于Flash地址空間（0x90000000～0x9FFFFFFF）開頭的1 KB代碼傳輸?shù)絉AM存儲(chǔ)空間，這就是一次引導(dǎo)。很明顯，一次引導(dǎo)的代碼并不能滿足絕大多數(shù)編程者對(duì)代碼長(zhǎng)度的要求，因此就需要二次引導(dǎo)過(guò)程。二次引導(dǎo)是將DSP一次引導(dǎo)的l KB代碼編寫成一個(gè)搬移程序，搬移程序?qū)⒂脩舻闹鞒绦虬嵋频礁咚賀AM中，并且搬移完成后自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至主程序入口處運(yùn)行主程序。由于硬件設(shè)計(jì)中Flash的地址不連續(xù)，因此對(duì)高位地址線的控制需要在搬移程序中實(shí)現(xiàn)[5]。圖8為使用二級(jí)Bootloader的流程圖。

圖8 使用二次Bootloader的CPU運(yùn)行流程圖Fig.8 Flow chart of CPU operation when using the second Bootloader

二級(jí)Bootloader代碼的編寫必須使用匯編語(yǔ)言，因?yàn)樵趫?zhí)行二級(jí)Bootloader時(shí)C的運(yùn)行環(huán)境還未建立起來(lái)。

4.2 Flash的燒寫方法

應(yīng)用程序和二次Boot編寫和編譯完成之后，便可使用TI公司提供的FlashBurn工具完成Flash燒寫，燒寫完成后需要重新上電或復(fù)位，便可實(shí)現(xiàn)自啟動(dòng)。此FlashBurn工具雖然燒寫方法較為直觀，但是過(guò)程復(fù)雜，首先需要下載一個(gè).out文件（FBTC）至DSP系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)Flash的操作；其次Flash-Burn工具不能識(shí)別.out文件，只能接收.hex的十六進(jìn)制文件，必須將.out文件轉(zhuǎn)換為.hex文件。

因此，用戶可以自己根據(jù)Flash器件的操作方法編寫燒寫程序，避免文件格式轉(zhuǎn)換的繁瑣。首先把用戶應(yīng)用程序（包括二級(jí)Bootloader）編譯生成的.out文件轉(zhuǎn)載到DSP的RAM中，然后根據(jù)要求編寫Flash燒寫程序，把燒寫程序的.out文件裝載到DSP的另一塊區(qū)域（注意修改cmd文件中地址范圍，避免兩次裝載可能產(chǎn)生的地址覆蓋），執(zhí)行程序完成Flash的燒寫。注意：燒寫到Flash中的應(yīng)用程序前面12個(gè)字節(jié)用于存放_(tái)c_int00地址、應(yīng)用程序字節(jié)數(shù)、應(yīng)用程序在RAM中的起始地址，這12個(gè)字節(jié)需要在燒寫過(guò)程中添加[6]。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要研究了TMS320C672x系列DSP EMIF接口的功能和使用方法，并針對(duì)SDRAM和Flash器件討論了EMIF的具體硬件接口設(shè)計(jì)和軟件配置；同時(shí)分析了TMS320C672x系列的自啟動(dòng)過(guò)程，提出了兩種燒寫Flash的方法。該應(yīng)用方法經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確實(shí)可行并易于實(shí)現(xiàn)。

[1]Texas Instruments Incorporated.TMS320C672x CPU and Instruction Set Reference Guide[EB/OL].（2006-11-07）[2010-03-02].http://www.ti.com/cn/litv/pdf/spru733a.

[2]Texas Instuments Incorporated.TMS320C672x DSP External Memory Interface（EMIF）User's Guide[EB/OL].（2007-04-02）[2010-03-02].http://www.ti.com/cn/litv/pdf/spru711c.

[3]汪安民，張松燦，常春藤.TMS320C6000 DSP實(shí)用技術(shù)與開發(fā)案例[M].北京：人民郵電出版社，2008:60-80.

[4]劉偉，魏芹芹，王偉.TMS320C672x系列DSP原理與應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008:60-104.

[5]Texas Instuments Incorporated.Using the TMS320C672x Bootloader[EB/OL].（2009-09-01）[2010-03-02].http://www.ti.com/cn/litv/pdf/spraa69.

[6]杜普選，馬慶龍.實(shí)時(shí)DSP技術(shù)及浮點(diǎn)處理器的應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：159-166.