DSP控制器总体结构.ppt

第2章F281xDSP控制器总体结构,本章内容：2.1DSP的引脚及其功能2.2DSP的片内硬件资源2.3存储器扩展外部接口XINTF2.4DSP片内Flash和OTP存储器2.5代码安全模块CSM,2.6时钟与低功耗模式2.7看门狗定时器2.832位CPU定时器2.9通用输入/输出GPIO2.10片内外设寄存器2.11外设中断扩展PIE,2.1DSP的引脚及其功能,下图分别为TMS320F2812的176引脚PGFLQFP(Low-ProfileQuadFlatpack)封装图和TMS320F2810的128引脚PBKLQFP封装图。,F2812DSP的引脚,F2810DSP的引脚,引脚说明(见教材表格),XINTF(ExternalInterface)信号:地址(19位)/数据（16位）及存储器控制信号引脚。JTAG仿真测试及其他（振荡器、复位）引脚。A/D转换器引脚。电源引脚。GPIOA、GPIOD或(EVA)引脚,GPIO56个引脚。GPIOB、GPIOD或(EVB事件管理器B)引脚。通信模块(SPI/SCI/CAN/McBSP)或GPIOF、GPIOG引脚。外部中断或GPIOE引脚。通用数字I/OGPIOF或XF输出引脚。,XINTF信号:地址/数据及存储器控制信号引脚XA18XA0:19根外部地址线。XD15XD0:16根外部数据线。:微处理器/微计算机模式选择。:外部保持请求。:外部保持应答。:XINTF的Zone0和Zone1选择。:XINTF的Zone2选择。:XINTF的Zone6和Zone7选择。:写使能。:读使能。:读/写选通。XREADY:准备好信号。,TI还推出了F2808、F2806、F2801等型号，其内部结构与F2812类似，但引脚数、时钟频率、内部资源有所降低，以降低成本。,F28xDSP的硬件资源,F281xDSP的功能框图,2.2DSP的片内硬件资源,2812DSP控制器的结构,CPU片内存储器片内外设(片内接口电路),TMS320F2812/TMS320F2810MostPowerful-MostIntegratedDualFunctionDigitalSignalController,F281xDSP的功能框图,QuarterofaMegabyteofon-chipFlashMemory,128-bitsecurityprotectssoftwareinvestment,FastprogramexecutionoutofbothRAMandFlashmemory100-120MIPSwithFlashAccelerationTechnology150MIPSoutofRAMfortime-criticalcode,Externalmemoryinterface(XINTF)supportssystemswithlargermemorymodels(upto1MWaddressreach),Upto128Kx16Flash(8x4Kand6x16KSectors),InterruptManagement,McBSP,On-ChipFlashMemory,2812DSP的存储器映射,2810DSP的存储器映射,存储器地址空间,281xDSP具有1M存储空间：包括数据,程序,I/O空间。片内存储器：SARAM:M0(000000-0003FFH)，1KWSARAM:M1(000400-0007FFH)，1KW片内外设:PF0,(000800-000CFFH),2KW中断矢量PIEVector-RAM:D00-DFFH，256W片内外设:PF1/2,(006000-007FFFH)，8KWSARAM:L0(008000-008FFFH)，4KW,安全SARAM:L1(009000-009FFFH)，4KW,安全OTP:(3D7800-3D7BFFH)1KW,安全Flash:(3D8000-3F7FFFH)，128KW,安全SARAM:H0(3F8000-3FBFFFH)，8KWBootROM:(3FF000-3FFFFFH)，4KW,外部存储器及I/O扩展XINTFZone0/1,Zone2,Zone6/7,1M+32K。通过数据线XD0-XD15、地址线XA0-XA18及控制信号线扩展。,不论是2812还是2810，“低64K”的存储器地址范围映射到24x的数据空间；“高64K”的存储器地址范围映射到24x的程序空间。24x兼容的代码只能在“高64K”存储器中执行，因此只有最顶部的32K(0 x3F00000 x3F7FFF)的Flash/ROM和H0SARAM可以用来运行24x兼容的代码。,典型的DSP应用系统多采用最小系统，即系统由一个F2810DSP芯片加上相应的电源、时钟、复位、JTAG电路及应用电路构成，这种系统也称为单片系统方案（SingleChipSolution）。在程序调试过程中，可以先将程序放入到H0SARAM、L0SRAM和L1SARAM中运行仿真调试，对于程序长度小于16KW时比较方便。调试完成后，再将程序放入Flash存储器中运行。,2.3存储器扩展外部接口XINTF,对于较复杂的DSP应用系统，程序可能较长或需要扩展一些外部存储器或外部接口如D/A转换芯片、LCD驱动等，这时需要采用外部接口(XINTF)。外部存储器或接口访问速度等可能差别较大，XINTF提供了时序延长或加等待机制来确保通过软件配置实现对这些存储器或外设的正确接口。,DSP存储器扩展CY7C1024V33:256K16位仿真调试程序（译码电路）,2812DSP外部接口分区XINTF,时钟XTIMCLK和SYSCLKOUT的关系示意图,XINTF对外访问时序被分成三个阶段，即起始(Lead)阶段、激活(Active)阶段和收尾(Trail)阶段。XINTF对不同的地址区域进行访问时，可以通过对应各区的XTIMING寄存器对访问时序加等待状态进行延时，等待状态可配置为若干个XTIMCLK的周期数。,对访问时序进行配置依赖于F2812的工作频率SYSCLKOUT和XINTF的定时时钟XTIMCLK。,XINTF时序寄存器XTIMINGx(x=0,1,2,6,7):,XINTF时序寄存器XTIMINGx用来配置建立/保持和等待时间。,XINTF配置寄存器XINTCNF2。,XINTF的Bank寄存器XBANK。,XINTF寄存器初始化。,XINTF的寄存器,Flash存储器的特点。Flash和OTP的功耗模式。Flash和OTP的性能。Flash流水线模式。Flash和OTP寄存器。,2.4DSP片内Flash和OTP存储器,多个分区。有代码安全保护。有低功耗模式。可根据CPU频率调整的等待状态。可提高性能的流水线模式。,Flash存储器的特点,Flash和OTP的功耗模式,SleepMode.休眠模式StandbyMode.备用模式ActiveMode.活跃模式,Flash和OTP的性能,32位取指令。16位或32位数据空间读操作。16位程序空间读操作。Flash存储器随机存取。Flash存储器页面存取。OTP操作。,Flash和OTP配置寄存器,代码安全模块CSM(CodeSecurityModule)可以防止未被授权的人看到片内存储器的内容，防止对受保护的代码进行复制和反向工程。,代码安全模块的功能CSM对其他片内资源的影响代码安全功能的使用,2.5代码安全模块,受CSM影响的片内资源,CSM的状态和控制寄存器CSMCR,D15,FORCESEC位,写1可以清除KEY寄存器，并使DSP安全。D0,SECURE，只读位，反映了DSP目前的状态。1DSP安全，CSM锁定。0DSP不安全，CSM被解锁。,密码匹配流程PMF,解除DSP对L0和L1的安全保护的C语言程序。,inti5,i;volatileint*PWL;/PWL指针PWL=,重新保护的C代码,volatileint*PWL=0 x0AE0；/CSM寄存器文件,设置FORCESEC位asm(“EALLOW”)；/CSMSCR寄存器受EALLOW保护*PWL=0 x8000；asm(“EDIS”)；,不同外设的时钟和复位电路,系统时钟SYSCLKOUT即输入时钟CLKIN外部输入时钟X1/XCLKIN即OSCCLK,2.6时钟与低功耗模式,1.时钟,外设时钟控制寄存器PCLKCR,D15,D13,D9,D7-4Reserved位。D14ECANENCLK,若设为1，则使能CAN外设中的系统时钟SYSCLKOUT。否则禁止。D12MCBSPENCLK,若设为1，则使能McBSP外设中的低速时钟LSPCLK。D11SCIBENCLK,若设为1，则使能SCI-B外设中的低速时钟LSPCLK。D10SCIAENCLK,若设为1，则使能SCI-A外设中的低速时钟LSPCLK。D8SPIBENCLK,若设为1，则使能SPI外设中的低速时钟LSPCLK。D3ADCENCLK,若设为1，则使能ADC外设中的高速时钟HSPCLK。D2Reserved位。D1EVBENCLK,若设为1，则使能EVB外设中的高速时钟HSPCLK。D0EVAENCLK,若设为1，则使能EVA外设中的高速时钟HSPCLK。,系统控制与外设状态寄存器SCSR,D15-3:ReservedD2：WDINTS,看门狗WD中断状态位。D1：WDENINT,看门狗WD中断使能位。如果设为1，则WD复位WDRST输出信号禁止，看门狗WD中断使能。D0：WDOVERRIDE,WD保护位。该位是个只能清除的位，复位后=1。通过向该位写1对其清0。为0保护WD，防止WD被软件禁止。,低速外设时钟定标寄存器LOSPCP,若HSPCP不为0，则HSPCLK=SYSCLKOUT/(2*HISPCP20)。复位时，默认值001，HSPCLK=SYSCLKOUT/2若HSPCP=0，则HSPCLK=SYSCLKOUT,高速外设时钟定标寄存器HISPCP,若LOSPCP不为0，则LSPCLK=SYSCLKOUT/(2*LOSPCP20)。复位时，默认值010，LSPCLK=SYSCLKOUT/4若HSPCP=0，则LSPCLK=SYSCLKOUT,时钟电路,振荡器OSC和锁相环PLL模块,2.振荡器和锁相环,若DIV=0(复位值)，则CLKIN=OSCCLK/2。若DIV=00011010，则CLKIN=OSCCLK*DIV/2。,锁相环倍频寄存器PLLCR,voidInitSysCtrl(void)/系统初始化子程序EALLOW;/#defineEALLOWasm(“EALLOW”)宏定义SysCtrlRegs.PLLCR=0 x000A;/初始化锁相环,OSCCLK=30MHz/DIV=0 x0A,CLKIN=30MHz*10/2=150MHzasm(“NOP”);asm(“NOP”);for(i=0;i3000;i+);/延时，等待锁相环稳定SysCtrlRegs.HISPCP.all=0 x0000;/HSPCLK=SYSCLKOUT=150MHzSysCtrlRegs.LOSPCP.all=0 x0002;/LSPCLK=SYSCLKOUT/4=37.5MHzSysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1;/使能EVASysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVBENCLK=1;/使能EVBSysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIENCLKA=1;/使能SCI_A/SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIENCLKB=1;/不用的外设不使能，/以降低功耗SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ADCENCLK=1;/使能ADCEDIS;/#defineEDISasm(“EDIS”)宏定义,时钟模块和锁相环初始化C语言编程。,除正常(Normal)工作模式外，F281x有3种低功耗模式：IDLE(空闲)模式HALT(停止)模式STANDBY(备用)模式,低功耗模式控制寄存器0:LPMCR0,低功耗模式控制寄存器1:LPMCR1,3.低功耗模式,F281x低功耗模式,281xDSP内置了一个看门狗定时器(WDT),用来监视DSP的运行状况。当系统进入不可预知的状态而造成“死机”时，WD将产生一个复位操作，从而使DSP进入一个已知的起始位置重新运转。8位WD计数寄存器:WDCNTRWD复位钥匙寄存器:WDKEYWD定时器控制寄存器:WDCR,2.7看门狗定时器,看门狗（Watchdog）模块(OSCCLK=XCLKIN),8位WD计数寄存器:WDCNTR,WD复位钥匙寄存器:WDKEY,WDKEY:如果先写入0 x55，在写入0 xAA就会使WDCNTR清零。写入任何其他数值则马上使DSP复位。读操作返回的是WDCR寄存器的值。,WD定时器控制寄存器:WDCR,位7WDFLAG:看门狗复位状态标志位。如果为1，表示看门狗复位；为0，表示是外部复位或上电复位。该位写1清除，否则状态一直保持。位6WDDIS:向该位写1，禁止看门狗模块;写0，使能看门狗模块。复位值为0，看门狗模块使能。只有在SCSR寄存器中的WDOVERRIDE位设为1后才能修改该位。位53WDCHK：任何时候写该寄存器，用户都必须向这些位写入101。写入任何其他数值都会引起复位（如果看门狗使能）。位20WDPS:这些位用来配置看门狗时钟WDCLK。,位20WDPS:这些位用来配置看门狗时钟WDCLK。000WDCLK=OSCCLK/512/1001WDCLK=OSCCLK/512/1010WDCLK=OSCCLK/512/2011WDCLK=OSCCLK/512/4100WDCLK=OSCCLK/512/8101WDCLK=OSCCLK/512/16110WDCLK=OSCCLK/512/32111WDCLK=OSCCLK/512/64，OSCCLK为振荡器频率。,禁止看门狗定时器C语言程序。,EALLOW;/#defineEALLOWasm(“EALLOW”)宏定义SysCtrlRegs.WDCR=0 x0068;/屏蔽看门狗EDIS;/#defineEDISasm(“EDIS”)宏定义InitSysCtrl()/系统初始化子程序,使用看门狗定时器的C语言程序段。,EALLOW;/宏定义#defineEALLOWasm(“EALLOW”)，解除保护SysCtrlRegs.WDKEY=0 x55;SysCtrlRegs.WDKEY=0 xAA;/周期性写入0 x55，0 xAA，使WDCNTR清零EDIS;/宏定义#defineEDISasm(“EDIS”)，设置保护,CPU定时器,F281x与240 x相比，增加了三个32位CPU定时器0/1/2。CPU定时器1和2保留给实时操作系统(RTOS)，只有CPU定时器0留给用户使用。,2.832位CPU定时器,CPU定时器中断信号和输出信号,1.数字并行I/O端口概述2812DSP有56个通用双向的数字I/O(GPIO,GeneralPurposeI/O)引脚,其中大多数都是基本功能和通用I/O复用引脚。,2.9通用输入/输出GPIO,通用I/O复用寄存器可以设置281x的部分引脚功能。这些因脚可以通过GPxMUX寄存器分别设置成外设I/O端口或通用数字I/O端口，其中x代表不同的端口(A、B、D、E、F和G)。,2.通用I/O的多路选择,引脚的功能可以通过如下的16位控制寄存器设置：I/O复用控制寄存器也称为多路选择寄存器(GPxMUX,x=A,B,D,E,F,G):用来选择I/O端口作为基本片内外设功能或通用I/O功能。1：基本片内外设功能。0：通用I/O功能。方向控制寄存器（GPxDIR）:用来选择通用I/O的数据方向。1：输出方式；0：输入方式。输入限制（即输入尖脉冲滤波）控制寄存器GPyQUAL,y=A,B,D,E。,I/O复用控制寄存器,如果配置为通用数字I/O端口模式，则寄存器GPxSET可以设置各个I/O信号（置1），寄存器GPxCLEAR可以清除各个I/O信号（清0），寄存器GPxTOGGLE可以翻转各个I/O信号，数据寄存器GPxDAT可以读写各个I/O信号。,GPIO工作模式框图,通过输入限定的方法消除噪声,输入尖脉冲滤波时钟周期数,3.数字I/O端口寄存器每个通用I/O引脚受复用控制(MUX)、方向、数据、设置、清除和翻转寄存器的控制。I/O复用控制寄存器（GPxMUX,x=A,B,D,E,F,G):用来选择I/O端口作为基本片内外设功能或通用I/O功能即多路选择。1：基本片内外设功能。方向控制寄存器（GPxDIR):用来选择一般I/O的数据方向。1：输出方式；0：输入方式数据寄存器GPxDAT用来读写数据。输入限制控制寄存器GPyQUAL,y=A,B,D,E。,GPxSET寄存器每个I/O口有一个设置寄存器，只能写。如果引脚配置成输出，则向寄存器中写1可以使输出为1，写0没有影响。GPxCLEAR寄存器每个I/O口有一个清0寄存器，只能写。如果引脚配置成输出，则向寄存器中写1可以使输出清0，写0没有影响。GPxTOGGLE寄存器每个I/O口有一个翻转寄存器，只能写。如果引脚配置成输出，则向寄存器中写1，可以使输出发生翻转，即原来为1则变为0，原来为0则变为1，写0没有影响。,GPIO初始化C语言程序实例。,#include“DSP281x_Device.h”/包含片内外设寄存器头文件voidInitGPIO(void)/GPIO初始化子程序asm(“EALLOW”);/解除写保护GpioMuxRegs.GPAMUX.all=0 x077F;/EVA:CAP13,PWM1-6,T1PWMGpioMuxRegs.GPADIR.all=0 x01880;/方向,GPIOA12,11,7为输出GpioMuxRegs.GPGMUX.bit.SCITXDB_GPIO4=1;/TXDBGpioMuxRegs.GPGMUX.bit.SCIRXDB_GPIO5=1;/RXDBasm(“EDIS”);/恢复写保护,2.10片内外设寄存器,外设寄存器空间,DSP控制器片内外设的功能是通过片内外设寄存器实现的。这些寄存器被安排在3个数据存储器地址空间，分别是：(1)外设帧0(PeripheralFrame0,PF0)。这些外设寄存器直接映射到CPU存储器总线，支持16位和32位访问。(2)外设帧1(PF1)。这些外设寄存器映射到32位外设总线，支持16位和32位访问，所有32位操作对齐到偶数地址边界。(3)外设帧2(PF2)。这些外设寄存器映射到16位外设总线，只允许16位访问，32位操作被忽略。,外设帧0寄存器,外设帧1寄存器,外设帧2寄存器,2.受EALLOW保护的寄存器,281x中有许多外设控制寄存器受EALLOW保护，即CPU不能写。CPU状态寄存器ST1的EALLOW位(ST1.6)指明了寄存器的保护状态。,受EALLOW保护的寄存器有：DSP仿真寄存器、Flash寄存器、CSM寄存器、PIE向量表、系统控制寄存器、GPIOMUX寄存器、特定的eCAN寄存器。,2.11外设中断扩展PIE,外设中断扩展模块PIE(PeripheralInterruptExpansion)将高达96个中断源每8个一组，共12个中断信号送入CPU(INT1INT12)。,1.PIE控制器,F281xCPU支持一个不可屏蔽中断和16个可屏蔽中断(INT1INT14，CPU实时操作系统中断RTOSINT,CPU数据进出中断DLOGINT)。,281x有许多外设，每个外设都可以产生一个或多个中断请求，需要一种集中外设所有中断的控制器PIE来裁定从不同中断源来的中断请求。,MultiplexingofInterruptsUsingthePIEBlock采用PIE模块的外设中断信号多路传送,（1）外设级一旦外设产生中断事件，对应中断标志寄存器中的中断标志位就置1。如果对应的中断使能位设为1，则外设的中断请求信号INTx.y(x=112,y=18)，可以送到PIE控制器。（2）PIE级PIE部分的每一个中断都有一个中断标志位PIEIFRx.y和一个中断使能位PIEIERx.y。对每个CPU中断组INT1INT12都有一个应答位PIEACKx。（3）CPU级一旦中断请求送入CPU后，CPU级的中断标志寄存器IFR中的中断标志位就置1。如果此时CPU中断使能寄存器IER或仿真中断使能寄存器DBGIER中的相应位为1，且全局中断屏蔽位INTM(ST1.0)为0，则CPU就进入中断服务程序，响应中断。,中断响应可以分成下面三个层次：,典型的PIE/CPU中断响应过程,DSP内核中断:INT1-INT12。每个外设中断连接到内核中断。支持软件中断与硬件中断软件中断是由指令INTR、TRAP、NMI请求的中断。硬件中断由硬件引起。外部中断（由外部中断引脚引起）与内部中断（由片内外设动作事件引起）可屏蔽中断（都是硬件中断，可以用指令屏蔽或允许）与不可屏蔽中断（包括所有软件中断和硬件复位中断/RS。),2.中断矢量表映射,在C28X系列DSP中，中断矢量表可以映射到5个不同的区间：M1SARAM,M0SARAM,BROM,XINTFZone7块，PIE矢量块。但在F2812/F2810中，只有PIE矢量表可以使用。复位后PIE矢量表是空的，初始化程序应将矢量表从Flash中复制到PIE矢量表中来，然后使能PIE矢量表，即令ENPIE=1,此后中断矢量从PIE矢量表中取地址。PIE中断矢量表见教材。,PIE中断矢量表映射,3.中断源,中断源,片内外设中断与外部引脚中断XINT1和XINT2全部连接到了PIE中，共组成了12个中断组。,4.PIE配置和控制寄存器,PIECRLPIE控制寄存器PIEACKPIE应答寄存器PIEIERx(x=112)INTx组使能寄存器PIEIFRx(x=112)INTx组标志寄存器,PIE控制寄存器PIECRL,D15-1，PIEVECT，表示从矢量表中取出的矢量地址。D0，ENPIE，使能矢量获取。,PIE应答寄存器PIEACK,D11-0，PIEACK，写入1到对应的中断位可以清除该位，清除后当该组的中断申请到来时，允许PIE向CPU申请中断。,PIE中断标志寄存器PIEIFRx,x=112,D70，INTx.8INTx.1，表示中断是否激活。类似CPU中断标志位。当一个中断激活时，相应位置1。,D70，INTx.8INTx.1，表示中断使能。类似CPU中断使能位。,PIE中断使能寄存器PIEIERx,x=112,D15:RTOSINT。D14:DLOGINTflag,D14=1有中断申请。向该位写1，可清除中断请求。D13-D0:为INT14-INT1中断申请标志。,CPU中断标志寄存器IFR(InterruptFlagRegister)地址0006H,CPU中断使能寄存器IER(InterruptEnableRegister)地址0004H,D15:RTOSINT。D14:DLOGINTmask,D14=1,使能中断。D14=0，屏蔽中断请求。D13-D0:为INT14-INT1中断屏蔽位。,CPU中断仿真使能寄存器DBGIER(DebugER)地址0004H,DBGIER的16个位代表的中断与IER一样。,仿真中断使能寄存器DBGIER只有在CPU处于实时仿真模式中暂停时才有效。,5.外部中断控制寄存器,F2812支持3个外部可屏蔽中断XINT1、XINT2和XINT13。XINT13与不可屏蔽中断XNMI公用一个引脚。,外部中断1控制寄存器XINT1CR外部中断2控制寄存器XINT2CR外部不可屏蔽中断控制寄存器XNMICR外部中断1计数寄存器XINT1CTR外部中断2计数寄存器XINT2CTR外部不可屏蔽中断计数寄存器NMICTR,外部中断1控制寄存器XINT1CR,D2,Polarity,极性，为1时，表示引脚输入信号的下降沿产生部中断。D0,Enable,使能，为1时，表示允许INT1中断。,外部不可屏蔽中断控制寄存器XNMICR,D2,Polarity,极性，为1时，表示引脚输入信号的下降沿产生部中断。D1,Select,选择，为0时，表示CPU定时器连接到INT13,否则,NMI连接到INT13。D0,Enable,使能，为1时，表示允许INT1中断。,外部中断1计数寄存器XINT1CTR,D150,INTCTR,16位自由计数的增计数器，时钟频率为SYSCLKOUT。,对于每一个外部中断，有一个16位计数器，每当检测到中断沿时，就复位到0，可以用于精确记录中断发生的时刻。,PIE控制寄存器初始化C语言程序实例。,#include“DSP281x_Device.h”voidInitPieCtrl(void)/系统PIE子程序PieCtrlRegs.PIECRTL.bit.ENPIE=0;/禁止PIEPieCtrlRegs.PIEIER1.all=0;/清除PIEIER寄存器PieCtrlRegs.PIEIER12.all=0;PieCtrlRegs.PIEIFR1.all=0;/清除PIEIFR寄存器PieCtrlRegs.PIEIFR12.all=0;/PieCtrlRegs.PIECRTL.bit.ENPIE=0;/允许PIE中断PieCtrlRegs.PIEACK.all=0 xFFFF;/写1清0,简述2812DSP引脚可以分为哪几类。引脚中的、有什么作用？简述2812DSP的内部结构主要部分的功能。简述2812DSP的片内存储器组成（包括地址与用途）。存储器扩展外部接口XINTF的作用是什么？如何使用DSP片内Flash和OTP存储器？代码安全模块CSM的作用是什么？如何由外部晶振或外部时钟频率确定CPU时钟频率?,思考题与习题,什么是DSP的低功耗模式？如何使用看门狗定时器？281xDSP有哪些32位CPU定时器？如何使用？11.281xDSP的通用I/O接口有哪些引脚？有哪些功能？如何使用？12.片内外设寄存器的地址是如何安排的?如何访问？13.281xDSP的中断是如何组织的？有哪些中断源?14.响应中断后，如何找到中断入口地址？15.DSP复位后从哪里开始执行程序？,