DSP處理器與FLASH存儲(chǔ)器的接口技術(shù)

DSP是針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的數(shù)字信號(hào)處理器，由于它具有計(jì)算速度快、體積小、功耗低的突出優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用于嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

FLASH存儲(chǔ)器是新型的可電擦除的非易失性只讀存儲(chǔ)器，屬于EEPROM器件，與其它的ROM器件相比，其存儲(chǔ)容量大、體積小、功耗低，特別是其具有在系統(tǒng)可編程擦寫(xiě)而不需要編程器擦寫(xiě)的特點(diǎn)，使它迅速成為存儲(chǔ)程序代碼和重要數(shù)據(jù)的非易失性存儲(chǔ)器，成為嵌入式系統(tǒng)必不可少的重要器件。DSP與FLASH存儲(chǔ)器的接口設(shè)計(jì)是嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要技術(shù)，本文以基于三個(gè)C6201/C6701 DSP芯片開(kāi)發(fā)成功的嵌入式并行圖像處理實(shí)時(shí)系統(tǒng)為例，介紹這一設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 C6201/C6701新一代DSP處理器

1.1 C6201/C6701的特點(diǎn)及外部存儲(chǔ)器接口EMIF

C6201為通用32位定點(diǎn)DSP處理器，C6701為通用32位浮點(diǎn)DSP處理器，它們采用并行度很高的處理器結(jié)溝，從而具有許多突出的特點(diǎn)：

DSP核采用改進(jìn)的超長(zhǎng)指令字(VLIW)體系結(jié)構(gòu)和多流水線(xiàn)技術(shù)，具有8個(gè)可并行執(zhí)行的功能單元，其中6個(gè)為ALU，兩個(gè)為乘法器，并分成相同功能的兩組，在沒(méi)有指令相關(guān)情況下，最高可同時(shí)執(zhí)行8條并行指令; ·具有32個(gè)32位通用寄存器，并分成兩組，每組16個(gè)，大大加快了計(jì)算速度;

片上集成了大容量的高速程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)措，最高可以200Mbit/s的速度訪(fǎng)問(wèn)，并采用改進(jìn)的多總線(xiàn)多存儲(chǔ)體的哈佛結(jié)構(gòu)。程序存儲(chǔ)器為64K字節(jié)、256位寬.每個(gè)指令周期可讀取8個(gè)指令字，還可靈活設(shè)置為高速CACHE使用;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用雙存儲(chǔ)塊，每個(gè)存儲(chǔ)塊又采用多個(gè)存儲(chǔ)體，可靈活支持8/16/32位數(shù)據(jù)讀寫(xiě)。C6701還可支持64位訪(fǎng)問(wèn)，每個(gè)時(shí)鐘可訪(fǎng)問(wèn)雙32位故據(jù).C6701還可訪(fǎng)問(wèn)雙64位IEEE雙精度浮點(diǎn)數(shù)據(jù); 片上集成了32位外部存儲(chǔ)器接口EMIF，并且分成4個(gè)時(shí)序可編程的空間(CE0、CEl、CE2、CE3)，可直接支持各種規(guī)格SDRAM(除CEl空間外)、SBSRAM、SRAM、ROM、FLASH、FIFO存儲(chǔ)器。同時(shí)，CEl空間還可直接支持8/16位寬的異步存儲(chǔ)器讀訪(fǎng)問(wèn)，EMIF接口信號(hào)如圖1所示;

片上集成了4個(gè)主DMA控制器和一個(gè)輔助DMA控制器：

片上集成了兩個(gè)32位多功能定時(shí)器;

片上集成了兩個(gè)多通道通用串行通訊口;

片上集成了16位宿主機(jī)HPI端口，與EMIF端口一起。可支持構(gòu)成并行多處理器系統(tǒng);

片上集成的鎖相循環(huán)PLL電路，具有4倍頻外部時(shí)鐘的功能，從而在外部可采用較低的時(shí)鐘電路，而在片內(nèi)可高頻(120MHz、150MHz、167MHz、200MHz)地進(jìn)行計(jì)算;

片上集成了符合IEEE標(biāo)準(zhǔn)的JTAG在系統(tǒng)仿真接口，大大方便了硬件調(diào)試;

具有一個(gè)復(fù)位中斷，一個(gè)非屏蔽中斷，4個(gè)邊沿觸發(fā)的可編程的可屏蔽中斷;

雙電源供電，內(nèi)核電源為1.8V，外圍設(shè)備電源為3.3V，功耗低于1.5W;

采用352BGA小型球柵陣列封裝，體積很小;

具有豐富的適合數(shù)字運(yùn)算處理的指令集，并且所有的指令為條件轉(zhuǎn)移指令。

C6201/C6701高度的并行結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、高速的時(shí)鐘頻率使其具有高達(dá)1600MIPS和400MMAC的運(yùn)算能力，比通常使用的DSP計(jì)算速度快十幾倍，甚至幾十倍，再加上其具有并行執(zhí)行、多功能、多任務(wù)的能力和豐富的指令集以及體積小、功耗低、易于使用的特點(diǎn)，使它非常適合在嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中應(yīng)用;同時(shí)TI公司開(kāi)發(fā)了高效的C編譯器和多功能的集成開(kāi)發(fā)系統(tǒng)CODE COMPOSER STUDIO(簡(jiǎn)稱(chēng)CCS)以及高性能的仿真器，大大簡(jiǎn)化程序代碼的編寫(xiě)與調(diào)試。

1.2 C620I/06701的引導(dǎo)工作方式

在加電后，C6201/C6701可采用直接從零地址(只能為外部存儲(chǔ)器)開(kāi)始執(zhí)行程序的不引導(dǎo)方式工作;也可采用輔助DMA先自動(dòng)從宿主機(jī)HPI端口或外部CEl空間(8/16/32位ROM)加載64K字節(jié)程序至零地址(片上存站器或外部存儲(chǔ)器)，然后再?gòu)牧愕刂烽_(kāi)始執(zhí)行程序的引導(dǎo)方式工作。C6201/C6701的這些工作方式由上電復(fù)位時(shí)5個(gè)引導(dǎo)方式管腳BOOTMODE[4：0]的信號(hào)電平?jīng)Q定，這些電平信號(hào)還決定地址映射方式是采用某種類(lèi)型、速度的外部存儲(chǔ)器為零地址的MAPO方式，還是采用片上程序存儲(chǔ)器為零地址D6 MAPl方式。這種結(jié)構(gòu)特點(diǎn)大大增加了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性。在引導(dǎo)工作方式中，當(dāng)零地址為片上程序存儲(chǔ)器時(shí)，程序直接從高速256位寬的片上程宇存儲(chǔ)器并行執(zhí)行，能充分發(fā)揮DSP的高速性能;而其它工作方式中，程序是從外部慢速32位寬的存儲(chǔ)器開(kāi)始出行執(zhí)行。因此，基于C6000的嵌入式系統(tǒng)一般采用引導(dǎo)三片上程序存儲(chǔ)器執(zhí)行的工作方式，如表1所示。

2 FLASH存儲(chǔ)器MBM29LV800BA

2.1 MBM29LV800BA介紹

MBM29LV800BA是FUJITSU公司生產(chǎn)的1M×8/512K×l6位的FLASH存儲(chǔ)器，其管腳信號(hào)如圖2所示。/BYTE為×8或×16工作方式配置管腳(/BYTE接低時(shí)為×8方式，地址線(xiàn)為[A-1，A0，…A18]共20根，數(shù)據(jù)線(xiàn)為DQ[0：7]，數(shù)據(jù)線(xiàn)高8位不用;/BYTE接高時(shí)為×16方式，地址線(xiàn)為A[0：18]共19根，A-1，不用，數(shù)據(jù)線(xiàn)為DQ[0：15]);RY/*BY為表示FLASH就緒或忙的管腳(它是集電極開(kāi)路引腳，多個(gè)RY/*BY管腳可通過(guò)上拉電阻直接"線(xiàn)與"連接)。

MBM29LV800BA具有許多特點(diǎn)，主要如下

單電源3.0V讀、編程寫(xiě)入、擦除;

與JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的命令集和引腳分布兼容;

增加了快速編程寫(xiě)人命令，寫(xiě)入僅需兩個(gè)總線(xiàn)周期;

具有至少100 000次的編程寫(xiě)入/擦寫(xiě)壽命;

靈活的扇區(qū)結(jié)構(gòu)支持整片內(nèi)容擦除、任一扇區(qū)內(nèi)容擦除、相連續(xù)的多扇區(qū)內(nèi)容并行擦除;

具有嵌入式編程寫(xiě)入算法，可自動(dòng)寫(xiě)入和驗(yàn)證寫(xiě)入地址的數(shù)據(jù);

具有嵌入式擦除算法，可自動(dòng)預(yù)編程和擦除整個(gè)芯片或任一扇區(qū)的內(nèi)容;

具有數(shù)據(jù)查尋位和切換位，可以通過(guò)軟件查尋方法檢測(cè)編程寫(xiě)入/擦除操作的狀態(tài);

具有RY/*BY管腳，可以通過(guò)硬件方法檢測(cè)編程寫(xiě)入/擦除操作的狀態(tài);

自動(dòng)休眠功能，當(dāng)?shù)刂繁３址€(wěn)定時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入低功耗模式;

具有低電壓禁止寫(xiě)入功能;

具有擦除暫停/擦除恢復(fù)功能，

2.2 MBM29LV800BA的主要命令及嵌入式算法

MBM29LV800BA的編程寫(xiě)入及擦除命令如表2所示。其中，X為十六進(jìn)制數(shù)字的任意值，RA為被讀數(shù)據(jù)的FLASH地址，RD為從FLASH地址RA讀出的數(shù)據(jù)，PA為寫(xiě)編程命令字的FLASH地址，PD為編程命令宇，SA為被擦除內(nèi)容的扇區(qū)地址。 MBM29LV800BA具有嵌入式編程寫(xiě)入和擦除算法機(jī)構(gòu)，當(dāng)向FLASH寫(xiě)入數(shù)據(jù)內(nèi)容或擦除其扇區(qū)內(nèi)容時(shí)，需要根據(jù)相應(yīng)的算法編程才能完成。其編程擦除算法流程為：首先寫(xiě)編程擦除命令序列;然后運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)試算法以確定擦除操作完成;其編程寫(xiě)入算法流程為：程序開(kāi)始，首先驗(yàn)證寫(xiě)入扇區(qū)是否為空，不空則運(yùn)行擦除算法;然后運(yùn)行編程寫(xiě)入算法，寫(xiě)編程寫(xiě)入命令序列，再運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)試算法或查詢(xún)RY/*BY管腳信號(hào)以確定該次操作完成。地址增1繼續(xù)上述過(guò)程，否則結(jié)束操作;數(shù)據(jù)測(cè)試算法主要是測(cè)試DQ7和DQ5位的數(shù)據(jù)變化，以確定泫次操作是進(jìn)行中、完成、還是失敗。

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