基于TMS320F2812的外部接口時(shí)序可靠性研究

本文通過(guò)對(duì)TI公司DSP處理器TMS320F2812接口機(jī)制及時(shí)序特性的研究，介紹了TMS320F2812的接口配置思路及注意事項(xiàng)，分析了訪問(wèn)外設(shè)的時(shí)序控制機(jī)理，同時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證了該處理器流水線操作的時(shí)序訪問(wèn)特性，并針對(duì)該特性提出了提高時(shí)序可靠性的設(shè)計(jì)措施，對(duì)指導(dǎo)基于TMS320F2812的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品接口時(shí)序可靠性具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】TMS320F2812 外部接口 時(shí)序 可靠性

近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）應(yīng)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)也得到越來(lái)越多的關(guān)注。TI公司推出的TMS320F2812由于具有功耗低、運(yùn)算速度快、片上資源豐富、編程靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，成為電子設(shè)計(jì)中應(yīng)用最廣泛的處理器之一。

基于TMS320F2812產(chǎn)品設(shè)計(jì)中DSP處理器需要與A/D、D/A、1553B等外設(shè)進(jìn)行信息交互，接口時(shí)序的可靠性直接影響電子控制產(chǎn)品的功能可靠性，接口不可靠、時(shí)序不匹配會(huì)導(dǎo)致：DSP讀到異常數(shù)據(jù)， 參與控制的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤從而發(fā)出錯(cuò)誤的指令；外設(shè)接收到異常數(shù)據(jù)或指令，外設(shè)按照異常數(shù)據(jù)或指令動(dòng)作，導(dǎo)致產(chǎn)品工作異常。為了提高DSP處理器與外設(shè)接口的時(shí)序可靠性，從而提高產(chǎn)品的整體可靠性，本文針對(duì)TMS320F2812與外設(shè)的接口時(shí)序設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入研究。

1 TMS320F2812外部接口描述

TMS320F2812外部接口（XINTF）采用異步非復(fù)用模式總線，映射到5個(gè)獨(dú)立的存儲(chǔ)空間：Zone0、Zone1、Zone2、Zone6、Zone7，當(dāng)訪問(wèn)相應(yīng)的存儲(chǔ)空間時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)片選信號(hào)；另外，XZCS0n和XZCS1n共用一個(gè)片選信號(hào)XZCS0AND1n， XZCS6n和XZCS7n共用一個(gè)片選信號(hào)XZCS6AND7n，XZCS2n單獨(dú)輸出一個(gè)片選信號(hào)。TMS320F2812的外部接口框圖如圖1所示。

TMS320F2812的外部五個(gè)存儲(chǔ)空間Zone0、Zone1、Zone2、Zone6、Zone7每個(gè)空間都可以獨(dú)立地設(shè)置訪問(wèn)等待、選擇、建立以及保持時(shí)間，同時(shí)還可以用XREADY信號(hào)來(lái)控制外設(shè)的訪問(wèn)。外部接口的訪問(wèn)時(shí)鐘頻率由內(nèi)部的XTIMCLK提供，XTIMCLK頻率可以配置為等于系統(tǒng)輸出時(shí)鐘fSYSCLKOUT或fSYSCLKOUT/2。

2 外部接口配置

外部接口控制寄存器能夠配置各種參數(shù)，以便能夠與眾多不同外部擴(kuò)展設(shè)備無(wú)縫接口。在使用過(guò)程中，主要根據(jù)TMS320F2812器件的工作頻率以及XINTF的特性進(jìn)行配置。由于配置前后，XINTF可能會(huì)發(fā)生很大變化，所以盡量避免將配置程序放在XINTF擴(kuò)展的存儲(chǔ)器空間執(zhí)行。

在改變XINTF配置寄存器和時(shí)序寄存器的過(guò)程中，不能對(duì)XINTF進(jìn)行如下操作：仍在CPU流水線上的指令對(duì)XINTF的訪問(wèn)、XINTF寫(xiě)緩沖器內(nèi)的寫(xiě)訪問(wèn)、數(shù)據(jù)讀寫(xiě)和預(yù)先取指操作。為保證在改變配置過(guò)程中不訪問(wèn)XINTF，任何配置XTIMING0/1/2/6/7/、XBANK或XINTCNF2寄存器的操作，都必須采用如圖2所示配置流程圖。

2.1 XINTF時(shí)鐘配置

XINTF模塊有兩種時(shí)鐘模式，可以配置為與SYSCLKOUT時(shí)鐘頻率相同或?yàn)镾YSCLKOUT/2。所有的外部擴(kuò)展訪問(wèn)都是以內(nèi)部XINTF的時(shí)鐘XTIMCLK為參考的，因此在配置XINTF時(shí)，首先要通過(guò)XINTCNF2寄存器配置XTIMCLK。外部接口還提供一個(gè)時(shí)鐘輸出XCLKOUT，所有外部接口的訪問(wèn)都是在XCLKOUT上升沿開(kāi)始，可以通過(guò)XINTCNF2寄存器的CLKMODE位配置XCLKOUT的頻率。

2.2 寫(xiě)緩沖

TMS320F2812復(fù)位后默認(rèn)情況下寫(xiě)緩沖被屏蔽，為提高XINTF性能，要使能寫(xiě)緩沖訪問(wèn)模式。在不停止CPU的情況下，最多可允許3個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)緩沖方式向XINTF寫(xiě)數(shù)據(jù)。寫(xiě)緩沖器的深度可以在XINTCNF2寄存器內(nèi)進(jìn)行配置。

2.3 各地址空間訪問(wèn)的建立（lead）、激活（Active）、和跟蹤（Trail）的時(shí)序配置

XINTF是直接訪問(wèn)外部接口的存儲(chǔ)器映射區(qū)域。任何對(duì)XINTF空間的讀或?qū)懖僮鞯臅r(shí)序都可以分為三個(gè)階段：建立、激活和跟蹤。在寄存器XTIMING中可以設(shè)置每個(gè)XINTF空間訪問(wèn)各階段時(shí)等待的XTIMCLK周期數(shù)。讀寫(xiě)訪問(wèn)操作的時(shí)序可以獨(dú)立進(jìn)行配置。除此之外，為了能夠與慢速外設(shè)接口，還可以使用X2TIMING位使訪問(wèn)特定空間的建立、激活和跟蹤等待時(shí)間延長(zhǎng)1倍。

對(duì)于XTIMING配置為最長(zhǎng)仍不能滿足可靠接口要求的慢速外設(shè)，DSP可以配置為檢測(cè)外設(shè)輸出的XREADY信號(hào)，從而可以延長(zhǎng)DSP訪問(wèn)外設(shè)的激活階段。TMS320F2812上所有的XINTF空間公用一個(gè)XREADY信號(hào)，每個(gè)空間都可以進(jìn)行獨(dú)立配置檢測(cè)或不檢測(cè)XREADY信號(hào)，并可以選擇同步檢測(cè)或異步檢測(cè)XREADY信號(hào)。DSP訪問(wèn)外設(shè)使用XREADY信號(hào)訪問(wèn)外設(shè)時(shí)，一定要保證外設(shè)輸出至DSP的XREADY信號(hào)的可靠性，并需要看門(mén)狗進(jìn)行保護(hù)。

3 TMS320F2812流水線訪問(wèn)外設(shè)特性

對(duì)于C28X系列DSP，在對(duì)外設(shè)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，有兩種情況：一種是訪問(wèn)時(shí)硬件會(huì)保護(hù)外設(shè)寄存器所占用的存儲(chǔ)空間，嚴(yán)格按照語(yǔ)句順序執(zhí)行，避免操作次序被顛倒，這樣的存儲(chǔ)空間稱為寫(xiě)操作后面緊跟讀操作流水線保護(hù)空間，在TMS320F2812上，Zone1空間為默認(rèn)的寫(xiě)操作緊跟讀操作流水線保護(hù)空間；另一種是讀操作先于寫(xiě)操作執(zhí)行，由于該特性存在，在寫(xiě)操作后面緊跟讀操作執(zhí)行時(shí)，如果兩個(gè)操作的目標(biāo)地址不同，其實(shí)際的執(zhí)行順序?yàn)橄葓?zhí)行讀操作后執(zhí)行寫(xiě)操作（如果兩個(gè)操作的目標(biāo)地址相同，其實(shí)際的執(zhí)行順序?yàn)橄葓?zhí)行寫(xiě)操作后執(zhí)行讀操作），對(duì)于 TMS320F2812，Zone0、Zone2、Zone6、Zone7空間為此類非流水線保護(hù)空間。endprint

3.1 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

對(duì)于TMS320F2812的非流水線保護(hù)空間（以Zone0為例），設(shè)計(jì)了測(cè)試代碼，通過(guò)示波器觀察DSP輸出的R/Wn信號(hào)，以此判斷DSP實(shí)際執(zhí)行語(yǔ)句的順序，測(cè)試源代碼如下：

int i，iTemp；

int * ADDR1， * ADDR2；

……

for（i=0；i<5；i++）

{

iTemp = *ADDR1；

*ADDR1= iTemp；

iTemp = *ADDR2；

*ADDR2= iTemp；

}

當(dāng)指針ADDR1與ADDR2指向的地址相同時(shí)，經(jīng)R/Wn信號(hào)測(cè)得的波形如圖3所示，由波形可知DSP每個(gè)循環(huán)執(zhí)行語(yǔ)句的時(shí)序?yàn)樽x→寫(xiě)→讀→寫(xiě)。

當(dāng)指針ADDR1與ADDR2指向的地址不同時(shí)，經(jīng)R/Wn信號(hào)測(cè)得的波形如圖4所示，由波形可知DSP每個(gè)循環(huán)執(zhí)行語(yǔ)句的時(shí)序?yàn)樽x→讀→寫(xiě)→寫(xiě)，每個(gè)循環(huán)中間的寫(xiě)→讀操作互換變?yōu)樽x→寫(xiě)操作，其原因即上面所述DSP的不受保護(hù)的流水線訪問(wèn)機(jī)制。由于此時(shí)時(shí)序互換的寫(xiě)操作和讀操作的目標(biāo)地址不同，因此訪問(wèn)時(shí)序的互換不會(huì)影響程序的運(yùn)行結(jié)果。

對(duì)于TMS320F2812的寫(xiě)操作后面緊跟讀操作流水線保護(hù)空間Zone1，同樣用上述測(cè)試代碼進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)示波器觀察DSP輸出的R/Wn信號(hào)。由于空間Zone1對(duì)DSP訪問(wèn)外設(shè)時(shí)寫(xiě)操作后面緊跟讀操作流水線進(jìn)行了保護(hù)，無(wú)論目標(biāo)地址是否相同均不會(huì)出現(xiàn)時(shí)序顛倒的情況。對(duì)于Zone1的兩地址ADDR1與ADDR2相同和不同時(shí)，通過(guò)示波器觀察DSP輸出的R/Wn信號(hào)波形均如圖5所示。

3.2 基于TMS320F2812流水線訪問(wèn)外設(shè)特性的設(shè)計(jì)措施

由于TMS320F2812流水線訪問(wèn)外設(shè)除受保護(hù)區(qū)Zone1以外均有寫(xiě)操作后面緊跟讀操作時(shí)先執(zhí)行讀操作的特性，當(dāng)外設(shè)通過(guò)并行接口用XINTF進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，實(shí)際應(yīng)用中如果涉及向某一寄存器寫(xiě)入一條指令會(huì)更新另一寄存器某些狀態(tài)位，并接著通過(guò)后一寄存器狀態(tài)位查詢前一條操作是否操作成功的工作流程，在查詢后一寄存器狀態(tài)時(shí)必須保證前一條寫(xiě)入操作可靠執(zhí)行，此時(shí)寫(xiě)→讀的操作順序必須嚴(yán)格執(zhí)行不允許顛倒，如遇此情況，設(shè)計(jì)時(shí)須將該外設(shè)映射到Zone1，保證操作時(shí)序的正確性。

基于以上分析，擴(kuò)展用XINTF進(jìn)行訪問(wèn)的帶寄存器并行外設(shè)時(shí)，其地址空間應(yīng)盡量分配在流水線保護(hù)空間Zone1，以提高操作時(shí)序的可靠性。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)TI公司DSP處理器TMS320F2812接口機(jī)制及時(shí)序特性的研究，介紹了TMS320F2812的接口配置思路及注意事項(xiàng)，分析了訪問(wèn)外設(shè)的時(shí)序控制機(jī)理，同時(shí)試驗(yàn)驗(yàn)證了該處理器流水線操作的時(shí)序訪問(wèn)特性，并針對(duì)該特性提出了利用流水線保護(hù)空間Zone1擴(kuò)展外設(shè)提高時(shí)序可靠性的設(shè)計(jì)措施，對(duì)指導(dǎo)基于TMS320F2812的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、提高產(chǎn)品接口時(shí)序可靠性具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

曹英?。?982-），男，河北省人。高級(jí)工程師，自動(dòng)化專業(yè)碩士，現(xiàn)從事控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器等電力電子產(chǎn)品研發(fā)，長(zhǎng)于電子產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)與故障模式探究。

作者單位

北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所 北京市 100076endprint