解析MS320C6202DSP擴(kuò)展總線與MPC860的接口實(shí)現(xiàn)

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

關(guān)鍵詞：DSP QUICC VLIW(超長(zhǎng)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(yùn)行于多種操作環(huán)境，使用的工作平臺(tái)從便攜式設(shè)備到服務(wù)器。 TMS320C6000系列是1997年美國(guó)TI公司推出的DSP芯片，這種芯片是定點(diǎn)、浮點(diǎn)兼容的DSPs系列。其中定點(diǎn)系列是 TMS320C62xx，浮點(diǎn)系列是TMS320C67xx，它們可以通過(guò)DSP的HPI(Host Port Interface)和MPC860相連。本文針對(duì)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(shí)現(xiàn)，其中C6202為從處理器，MPC860為主處理器。

1 TMS320C6000的主要特點(diǎn)

TMS320C6000系列DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)是TI公司最新推出的一種并行處理的數(shù)字信號(hào)處理器。TMS320C6000片內(nèi)有8個(gè)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(zhǎng)指令字(VLIW)結(jié)構(gòu)，單指令字長(zhǎng)為32bit，8個(gè)指令組成一個(gè)指令包，總字長(zhǎng)為8×32=256bit。芯片內(nèi)部設(shè)置了專(zhuān)門(mén)的指令分配模塊，可以將256bit的指令包同時(shí)分配到8個(gè)處理單元，并由8個(gè)單元同時(shí)運(yùn)行。芯片的最高時(shí)鐘頻率可以達(dá)到300MHz，通過(guò)片內(nèi)的鎖相環(huán)(PLL)將輸入時(shí)鐘倍頻獲得。當(dāng)片內(nèi)的8個(gè)處理單元同時(shí)運(yùn)行時(shí)，最大處理能力可以達(dá)到2400MIPS。

TMS320C6000主要是為移動(dòng)通信基站的信號(hào)處理而推出的超級(jí)處理芯片。200MHz時(shí)鐘的C6201完成1024點(diǎn)定點(diǎn)FFT的時(shí)間只要66μs，比傳統(tǒng)的DSP要快一個(gè)數(shù)量級(jí)，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(lái)的。

擴(kuò)展總線是一個(gè)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(shí)還提供了一個(gè)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(gè)XCE外部空間，4個(gè)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(gè)系統(tǒng)中同時(shí)工作。異步I/O模式的接口信號(hào)時(shí)序與EMIF類(lèi)似，具有可編程程度高的特點(diǎn)。這一模式下，擴(kuò)展總線接口的4根地址信號(hào)使得每個(gè)XCE空間最多可以掛接16個(gè)外部設(shè)備。FIFO模式則提供了與同步FIFO無(wú)縫接口的能力，可以直接控制1個(gè)進(jìn)行讀操作的同步FIFO或4個(gè)進(jìn)行寫(xiě)操作的同步FIFO。借助少量外部邏輯，每個(gè)XCE空間可以管理16個(gè)讀操作FIFO或16個(gè)寫(xiě)操作 FIFO。擴(kuò)展總線I/O口與DSP的其他存儲(chǔ)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(shí)地地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)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(lèi)似，只是數(shù)據(jù)寬度為32bit。異步模式可以用來(lái)與全類(lèi)似，只是數(shù)據(jù)寬度為32bit。異步模式可以用來(lái)與其他微處理器接口。擴(kuò)展總線主機(jī)接口與DSP存儲(chǔ)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(hào)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(shí)，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(shí)，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(shí)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(gè)時(shí)鐘周期最多可以并行執(zhí)行8條指令，從而可以實(shí)現(xiàn)1600MIPS的定點(diǎn)運(yùn)算能力，完成1024點(diǎn)定點(diǎn)FFT的時(shí)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(yù)的32bit 68360Quicc和68302的許多優(yōu)點(diǎn)。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(chǎng)。 PowerQUICC可以被稱(chēng)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(yùn)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(gè)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(jí)別的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議支持。該產(chǎn)品專(zhuān)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(jì)。

在MPC860中包括3個(gè)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(chēng)為Embedded PowerPC核心(或EPPC)，它包括緩存和存儲(chǔ)器管理單元(MMU)，在40MHz時(shí)鐘時(shí)為50 MIPS指令速度;第二個(gè)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(gè)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(dú)立工作。SCC和SMC也可以用于時(shí)分復(fù)用總線。

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

MPC860中有16個(gè)串行DMA單元。每一個(gè)通信設(shè)備都有一個(gè)發(fā)送DMA和接收DMA。32位RISC控制這16個(gè)串行DMA在通信設(shè)備和存儲(chǔ)器之間傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)MPC860接收數(shù)據(jù)時(shí)，串行DMA從通信設(shè)備接收數(shù)據(jù)并放入存儲(chǔ)器中;發(fā)送數(shù)據(jù)順序相反，串行DMA從存儲(chǔ)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(gè)虛擬的IDMA可以為用戶所用。

4 擴(kuò)展總線接口實(shí)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(gè)雙處理器結(jié)構(gòu)優(yōu)于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因?yàn)镃PM可以從嵌入式的PowerPC核卸出外圍任務(wù)。

4.1 接口實(shí)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(gè)設(shè)備共享總線時(shí)，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(hào)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(gè)例子高有效)由復(fù)位時(shí)XD[13]的上位電阻決定

XW/R RD/WR 讀寫(xiě)存取指示，XW/R的極性(在這個(gè)例子高有效)由復(fù)位時(shí)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(shí)鐘

XHOLD 間接邏輯需與 擴(kuò)展總線仲裁信號(hào)

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(kāi)始指示

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

XBE[3:0] TSIZE[1:0]、A[31:30] 字節(jié)使能用TSIZE和A[31:30]的解碼來(lái)實(shí)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(hào)由TSIZE[1:0]和MPC860的地址線A[31:30]通過(guò)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(kāi)關(guān)(bus switch)。在這個(gè)例子中用SN74CBT16390(2個(gè)16bit和32bit之間FET復(fù)用/解復(fù)用總線開(kāi)關(guān))在復(fù)位的時(shí)候人離MPC860和 DSP的數(shù)據(jù)總線，允許每一個(gè)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(guò)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(dòng)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(gè)設(shè)備都可以運(yùn)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(shí)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(shí)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(shí)候，TMS320C6000的XARB位必須設(shè)置為1。

通過(guò)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(shí)，XBLAST信號(hào)的極性BLPOL=1，XBLAST最高有效

RWPOL 擴(kuò)展總線讀/寫(xiě)信號(hào)的極性，RWPOL=1,為XW/R

HMOD 主機(jī)(host)的模式(對(duì)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(duì)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(duì)應(yīng)于XBGC中的狀態(tài))

LEND 小端模式，LEND=1，系統(tǒng)運(yùn)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(chǔ)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(xiě)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(wèn)將通過(guò)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(xiě)入DC_CST寄存器的操作必須優(yōu)先于一個(gè)同步指令，則確保在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)，數(shù)據(jù)緩存的使能變化。由于總線錯(cuò)誤或者執(zhí)行特定的直接緩存線性控制時(shí)，數(shù)據(jù)緩存產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，緩存進(jìn)入禁止?fàn)顟B(tài)，類(lèi)似于禁止。每一頁(yè)都有不同的存儲(chǔ)控制屬性，MPC860支持緩存禁止(CI)、寫(xiě)入(WT)和監(jiān)視(G)屬性，但不支持存儲(chǔ)器的一致性。對(duì)于要求存儲(chǔ)一致性的頁(yè)，必須編程設(shè)置為緩存禁止。G屬性用于映射那些對(duì)不確定存儲(chǔ)比較敏感的I/O設(shè)備，有G屬性的頁(yè)使存儲(chǔ)強(qiáng)行停止，除非是非敏感性存儲(chǔ)或者被核(core)取消。是否可緩存的區(qū)域必須定義，對(duì)于主要存儲(chǔ)區(qū)的寫(xiě)回(write-back)或?qū)懲?write-through)模式，必須在使數(shù)據(jù)緩存使能之前通過(guò)初始化MMU來(lái)選擇。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，MPC860可以對(duì)擴(kuò)展總線進(jìn)行寫(xiě)操作，也可以讀操作，基本功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。此方案具有一定的實(shí)用性。