TMS320C6000TM擴(kuò)展總線與MPC860微處理器的接口

摘要：分析了Motorola MPC860嵌入式微處理器及數(shù)字信號處理器TMS320C6000 TM的特征，介紹了TMS320C6202DSP擴(kuò)展總線與MPC860的接口實現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：DSP QUICC VLIW（超長指令字）

MPC860是PowerPC系列產(chǎn)品。PowerPC系列是由IBM、Motorola和Apple聯(lián)合研制的基于RISC結(jié)構(gòu)的微處理器。PowerPC可運行于多種操作環(huán)境，使用的工作平臺從便攜式設(shè)備到服務(wù)器。TMS320C6000系列是1997年美國TI公司推出的DSP芯片，這種芯片是定點、浮點兼容的DSPs系列。其中定點系列是TMS320C62xx，浮點系列是TMS320C67xx，它們可以通過DSP的HPI（Host Port Interface）和MPC860相連。本文針對C6202介紹另外一種接口方法，即同步主機(jī)接口模式下C6202的擴(kuò)展總線與MPC860的接口實現(xiàn)，其中C6202為從處理器，MPC860為主處理器。

1 TMS320C6000的主要特點

TMS320C6000系列DSP（數(shù)字信號處理器）是TI公司最新推出的一種并行處理的數(shù)字信號處理器。TMS320C6000片內(nèi)有8個并行的處理單元，分為相同的兩組。它的體系結(jié)構(gòu)采用超長指令字（VLIW）結(jié)構(gòu)，單指令字長為32bit，8個指令組成一個指令包，總字長為8×32=256bit。芯片內(nèi)部設(shè)置了專門的指令分配模塊，可以將256bit的指令包同時分配到8個處理單元，并由8個單元同時運行。芯片的最高時鐘頻率可以達(dá)到300MHz，通過片內(nèi)的鎖相環(huán)（PLL）將輸入時鐘倍頻獲得。當(dāng)片內(nèi)的8個處理單元同時運行時，最大處理能力可以達(dá)到2400MIPS。

TMS320C6000主要是為移動通信基站的信號處理而推出的超級處理芯片。200MHz時鐘的C6201完成1024點定點FFT的時間只要66μs，比傳統(tǒng)的DSP要快一個數(shù)量級，在民用和軍用領(lǐng)域都將有廣闊的應(yīng)用前景。

2 TMS3206000的擴(kuò)展總線

目前，TMS320C6000系列中中有C6202和C6203具有擴(kuò)展總線。它們是在C6201/6701主機(jī)接口（HPI）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

擴(kuò)展總線是一個32bit寬的總線，支持與異步外設(shè)、異步/同步FIFO、PCI橋及外部主控處理器的接口。它同時還提供了一個靈活的總線仲裁機(jī)制，可以進(jìn)行內(nèi)部仲載，也可以由外部邏輯完成。

擴(kuò)展總線從結(jié)構(gòu)上可以分為兩部分：I/O接口和主機(jī)接口，如圖1所示。

I/O接口，擴(kuò)展總線共管轄4個XCE外部空間，4個空間可以分別配置成兩種工作模式：異步I/O模式和同步FIFO模式。這兩種模式可以在一個系統(tǒng)中同時工作。異步I/O模式的接口信號時序與EMIF類似，具有可編程程度高的特點。這一模式下，擴(kuò)展總線接口的4根地址信號使得每個XCE空間最多可以掛接16個外部設(shè)備。FIFO模式則提供了與同步FIFO無縫接口的能力，可以直接控制1個進(jìn)行讀操作的同步FIFO或4個進(jìn)行寫操作的同步FIFO。借助少量外部邏輯，每個XCE空間可以管理16個讀操作FIFO或16個寫操作FIFO。擴(kuò)展總線I/O口與DSP的其他存儲空間由DMA控制器進(jìn)行連接。

主機(jī)接口也有兩種工和模式：同步和異步。同步模式提供了主控和從屬兩種工作方式，此時地地址信號和數(shù)據(jù)信號復(fù)用相同的管腳。異步模式只有從屬功能，它與C6201/C6211/C6701/C6711的HPI操作完全類似，只是數(shù)據(jù)寬度為32bit。異步模式可以用來與全類似，只是數(shù)據(jù)寬度為32bit。異步模式可以用來與其他微處理器接口。擴(kuò)展總線主機(jī)接口與DSP存儲器的連接由DMA輔助通道完成。

在同步主機(jī)接口模式下，主機(jī)的數(shù)據(jù)與地址信號復(fù)用，并且與i960Jx兼容。目前主流的PCI接口芯片都采用i960總線作為芯片內(nèi)部總線，這樣C6000與PCI總線接口時，需要的外部邏輯可以減少到最少。尤其在作為從屬處理器時，同步主機(jī)接口同樣可以非常方便地與其他一些通用處理器接口。C6202的擴(kuò)展總線還具有突發(fā)傳輸?shù)哪芰Α１疚募蠢眠@一方式實現(xiàn)MPC860與C6202擴(kuò)展總線的接口。

C6202處理器的工作頻率最高可以采用50MHz，經(jīng)內(nèi)部4倍頻后升至200MHz，每個時鐘周期最多可以并行執(zhí)行8條指令，從而可以實現(xiàn)1600MIPS的定點運算能力，完成1024點定點FFT的時間只需70μs。

3 MPC860介紹

MPC860 PowerQUICC是當(dāng)今比較流行、性能相當(dāng)優(yōu)越的單片集成嵌入式微處理器，繼承了以前享有盛譽的32bit 68360Quicc和68302的許多優(yōu)點。它內(nèi)部集成了微處理器和一些控制領(lǐng)域常用的外圍組件，特別適用于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信市場。PowerQUICC可以被稱為MC68360在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的新一代產(chǎn)品，提高了器件運行的各方面性能，包括器件的適應(yīng)性、擴(kuò)展能力和集成度等。MPC860 PowerQUICC通信處理器可根據(jù)用戶要求提供2～4個串行通信控制器、不同規(guī)格的指令和數(shù)據(jù)緩存及各種級別的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持。該產(chǎn)品專為寬帶接入設(shè)備如：遠(yuǎn)程接入路由器、DSLAM、接入集線器、LAN/WAN交換機(jī)、PBX系統(tǒng)和網(wǎng)關(guān)等設(shè)計。

在MPC860中包括3個主要模塊：PowerPC核心、系統(tǒng)接口單元（SIU）、通信處理模塊（CPM）。PowerPC是主要的處理機(jī)單元，通常稱為Embedded PowerPC核心（或EPPC），它包括緩存和存儲器管理單元（MMU），在40MHz時鐘時為50 MIPS指令速度；第二個主要模塊為系統(tǒng)接口單元，它的主功能是提供內(nèi)部總線和外部總線的接口；第三個主要模塊為通信處理機(jī)模塊，CPM在不同的通信設(shè)備如SCC和SMC上發(fā)送接收數(shù)據(jù)通信，通信設(shè)備可以獨立工作。SCC和SMC也可以用于時分復(fù)用總線。

CPM模塊中有一個32位RISC微處理機(jī)。MPC860有2個CPU：PowerPC和32位RISC。PowerPC執(zhí)行高層代碼，RISC處理實際通信的低層通信功能。2個處理機(jī)主要是通過內(nèi)部存儲空間配合工作。在存儲器區(qū)，每個處理機(jī)都可以設(shè)置控制位、讀狀態(tài)位。

MPC860中有16個串行DMA單元。每一個通信設(shè)備都有一個發(fā)送DMA和接收DMA。32位RISC控制這16個串行DMA在通信設(shè)備和存儲器之間傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)MPC860接收數(shù)據(jù)時，串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并放入存儲器中；發(fā)送數(shù)據(jù)順序相反，串行DMA從存儲器中取數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)送到通信設(shè)備。串行DMA只服務(wù)CPM的RISC，但是2個虛擬的IDMA可以為用戶所用。

4 擴(kuò)展總線接口實現(xiàn)

MPC860內(nèi)部集成了嵌入式的PowerPC核和使用特定RISC處理器的通信處理模塊（CPM）。這個雙處理器結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因為CPM可以從嵌入式的PowerPC核卸出外圍任務(wù)。

4.1 接口實現(xiàn)

同步主機(jī)接口模式下，C6202和MPC860的接口如圖2所示。盡管圖2中的C6202處于從方式，但還是具有擴(kuò)展總線仲裁的能力，用于異步I/O和擴(kuò)展總線的FIFO接口。只有當(dāng)這兩個設(shè)備共享總線時，MPC860內(nèi)部的仲裁才被使用。

擴(kuò)展總線的管腳定義

擴(kuò)展總線管理 MPC860的管腳 功能定義

XCNTL A[29] MPC860用于控制信號的地址位，A31是MPC860地址總線的LSB

XBLAST BDIP 觸發(fā)傳輸指示，XBLAST的極性（在這個例子高有效）由復(fù)位時XD[13]的上位電阻決定

XW/R RD/WR 讀寫存取指示，XW/R的極性（在這個例子高有效）由復(fù)位時候的XD[12]的上拉電阻決定

XD[31:0] D[0:31] MPC860用D[0:3]作為32位的接口。D0是MPC860數(shù)據(jù)總線的MSB，而XD31是擴(kuò)展總線的MSB。

XCLK XLKOUT 自身（擴(kuò)展）總線時鐘

XHOLD 間接邏輯需與 擴(kuò)展總線仲裁信號

XHOLDA BR、BG和BB連接 注意內(nèi)部擴(kuò)展總線仲裁已經(jīng)處于使能端

XAS TS 新的轉(zhuǎn)移開始指示

XCS A[28:0] MPC860的地址解碼從而產(chǎn)生XCS信號

XBE[3:0] TSIZE[1:0]、A[31:30] 字節(jié)使能用TSIZE和A[31:30]的解碼來實現(xiàn)

XRDY TA SETA bit在MPC860選擇寄存器中設(shè)置為1，用于指示TA由外部總線產(chǎn)生

MPC860的內(nèi)部總線仲裁處于禁止?fàn)顟B(tài)，相反擴(kuò)展總線的仲裁處于使能狀態(tài)。DSP的字節(jié)使能信號由TSIZE[1:0]和MPC860的地址線A[31:30]通過解碼得到，DSP字節(jié)使能換算表如表1所示。

表1 DSP字節(jié)使能換算表

4.2 自舉配置

MPC860及擴(kuò)展總線把數(shù)據(jù)總線的上拉和下拉電阻用于硬件復(fù)位的BOOT配置，MPC860和DSP需要不同的上拉電阻配置。方法之一就是用總線開關(guān)（bus switch）。在這個例子中用SN74CBT16390（2個16bit和32bit之間FET復(fù)用/解復(fù)用總線開關(guān)）在復(fù)位的時候人離MPC860和DSP的數(shù)據(jù)總線，允許每一個設(shè)備有自己不同的復(fù)位配置字。方法之二就是首先硬件復(fù)位（復(fù)位的過程中，XBUS的上拉和下拉電阻用于配置MPC860），而DSP復(fù)位應(yīng)該在MPC860之后。在DSP復(fù)位之后，MPC860有效地驅(qū)動數(shù)據(jù)總線上用于配置DSP的數(shù)據(jù)值，從而DSP將被配置。

由于兩個設(shè)備都可以運行在內(nèi)部總線仲裁使能或者禁止方式，所以內(nèi)部擴(kuò)展總線仲裁（TMS320C6000擴(kuò)展總線）處理總線的仲裁。不管內(nèi)部還是外部的仲裁配置都在系統(tǒng)復(fù)位時設(shè)置。假設(shè)處于外部仲裁，那么在MPC860從數(shù)據(jù)總線上取樣硬件復(fù)位配置字的時候，MPC860的ERAB位必須設(shè)置為1；而當(dāng)DSP從復(fù)位到內(nèi)部總線仲裁的數(shù)據(jù)總線上取樣硬件復(fù)位配置字的時候，TMS320C6000的XARB位必須設(shè)置為1。

通過在XD[31:0]上拉和下拉電阻的擴(kuò)展總線自舉配置如下：

字段(field) 定義

BLPOL 當(dāng)DSPs作為擴(kuò)展總線的從屬時，XBLAST信號的極性BLPOL=1，XBLAST最高有效

RWPOL 擴(kuò)展總線讀/寫信號的極性，RWPOL=1,為XW/R

HMOD 主機(jī)（host）的模式（對應(yīng)于HPIC中的XB狀態(tài)），HMOD=1，外部的主機(jī)接口處于同步的主/從模式

XARB 擴(kuò)展總線仲裁使能（對應(yīng)于XBGC中的狀態(tài)），XARB=1，內(nèi)部擴(kuò)展總線仲裁處于使能狀態(tài)

FMOD FIFO模式（對應(yīng)于XBGC中的狀態(tài)）

LEND 小端模式，LEND=1，系統(tǒng)運行在小端模式

BootMode[4：0] 設(shè)定設(shè)備自舉模式，包括芽機(jī)口自舉、ROM、boot、存儲器映射選擇

為使工作準(zhǔn)確，MPC860的高速緩存必須關(guān)閉使能。數(shù)據(jù)緩存是否使用，只要將相應(yīng)的狀態(tài)寫放DC_CST寄存器。在禁止?fàn)顟B(tài)，緩豐了標(biāo)志狀態(tài)位被忽略，訪問將通過總線傳輸。數(shù)據(jù)緩存在復(fù)位后默認(rèn)為禁止。禁止的數(shù)據(jù)緩存不影響數(shù)據(jù)地址的邏輯轉(zhuǎn)換，在MSROR位的控制下繼續(xù)進(jìn)行，任何寫入DC_CST寄存器的操作必須優(yōu)先于一個同步指令，則確保在數(shù)據(jù)存儲時，數(shù)據(jù)緩存的使能變化。由于總線錯誤或者執(zhí)行特定的直接緩存線性控制時，數(shù)據(jù)緩存產(chǎn)生一個中斷信號，緩存進(jìn)入禁止?fàn)顟B(tài)，類似于禁止。每一頁都有不同的存儲控制屬性，MPC860支持緩存禁止（CI）、寫入（WT）和監(jiān)視（G）屬性，但不支持存儲器的一致性。對于要求存儲一致性的頁，必須編程設(shè)置為緩存禁止。G屬性用于映射那些對不確定存儲比較敏感的I/O設(shè)備，有G屬性的頁使存儲強行停止，除非是非敏感性存儲或者被核（core）取消。是否可緩存的區(qū)域必須定義，對于主要存儲區(qū)的寫回（write-back）或?qū)懲ǎ╳rite-through）模式，必須在使數(shù)據(jù)緩存使能之前通過初始化MMU來選擇。

經(jīng)實驗驗證，MPC860可以對擴(kuò)展總線進(jìn)行寫操作，也可以讀操作，基本功能已經(jīng)實現(xiàn)。此方案具有一定的實用性。