2000系列DSP器件2407内核各组成部分的功能机构与特点

Answer 1

DSP的发展
这学期我们着重针对DSP2407到2812进行了长时间的学习，尤其是2407我们接触的比较多，但是到底什么是DSP呢？我先来介绍一下。数字信号处理(Digital Signal Processing，简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
现在，我们来了解一下DSP的发展历程。DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段：第一阶段，DSP意味着数字信号处理，并作为一个新的理论体系广为流行。随着这个时代的成熟，DSP进入了发展的第二阶段，在这个阶段，DSP代表数字信号处理器，这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化。接下来又催生了第三阶段，这是一个赋能(enablement)的时期，我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。” 第一阶段，DSP意味着数字信号处理 。 80年代开始了第二个阶段，DSP从概念走向了产品，TMS32010所实现的出色性能和特性备受业界关注。方进先生在一篇文章中提到，新兴的DSP业务同时也承担着巨大的风险，究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了适合于商用的低于10美元范围时，DSP在军事、工业和商业应用中不断获得成功。到1991年，TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片，首次实现批量单价低于5美元，但所能提供的性能却是其5至10倍。 到90年代，多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制 DSP——cDSP，cDSP 基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度，大加速了产品的上市时间。同时，TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期，这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等，其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时，DSP业务也一跃成为TI最大的业务，这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。 21世纪DSP发展进入第三个阶段，市场竞争更加激烈，TI及时调整DSP发展战略全局规划，并以全面的产品规划和完善的解决方案，加之全新的开发理念，深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。

DSP2407与DSP2812的概述
（1）2407
2407是我们学习、实验接触较多的一部分。2407开发板分为TI 2000-011 DSP2407增强型、DSP2407+CPLD开发板、SHX-DSP2407A开发板。引DSP2407+CPLD开发板套件是一套基于TMS320LF2407A+EPM240的DSP+CPLD的学习开发平台，充分发挥DSP2407和ALTERA MAX II的灵活性和功能强大。
首先在教科书中我了解到，CUP的硬件组成包括累加器，辅助寄存器算术单元，辅助寄存器0~7，进位，中央算术逻辑单元，双口RAM，数据存储器页面指针，全局存储器配置寄存器，中断屏蔽寄存器，中断标志寄存器，中断陷阱，输入、输出数据定标移位器，乘法器，微堆栈，多路选择器，程序地址寄存器，程序计数器，程序控制器，临时寄存器等等。
输入定标移位器能将来自程序存储器或数据存储器的16位数据调整为32为数据送到中央算术逻辑单元，而且不会占用时钟开销，在算术定标和逻辑操作对屏蔽定位设置中非常有用。
中央算术逻辑部分主要构成有三部分：CALU，ACC，输出定标移位器。中央算术逻辑单元是实现算术和逻辑运算功能的部分，可以执行布尔运算，使得控制器具有位操作功能。当运算在CALU中完成时，结果就被送到累加器中，并在其中进行另外的一些操作，在实际的应用中，ACC的使用相当频繁。
2407中有两个状态寄存器ST0和ST1，含有各种状态和控制位，控制着很多系统的工作状态，在应用中特别重要。
然后是数字量I/O模块。
2407中有多达41个通用、双向的数字量I/O引脚，其中很多都是复用引脚，实现一般I/O和基本功能。所有专用I/O和复用I/O引脚的功能都可通过9个16位控制寄存器来设置。可分为两类：
I/O端口复用控制寄存器， 用来控制选择I/O端口作为基本功能或一般I/O引脚功能。
数据和方向控制寄存器，当I/O端口用作一般I/O引脚功能时，用数据和方向控制寄存器可控制数据和双向I/O引脚的数据方向。这些寄存器直接与双向I/O引脚相连。
I/O模块在实际应用中和很多模块结合在一起，如上面的和LED灯结合使用，还有键盘和发光二极管结合实现利用键盘点亮发光二极管等等应用。总之，I/O模块在DSP的设计应用中是不可缺少的，承担着与其他模块交互的重要作用。
下面介绍一个重要模块——事件管理器模块
2407包含两个事件管理器模块EVA和EVB， 每个事件管理器模块有通用定时器（GP）、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路组成。这些部件使得事件管理器在电机控制方面具有很重要的应用。
每个事件管理模块都有两个通用的可编程定时器，而每个定时器包括16位的定时器增/减计数的计数器、16位的定时器比较寄存器、16位的定时器周期寄存器、16位的定时器控制寄存器各一个，还有可选择的内部或外部输入时钟，可编程的预定标器，可选择方向的输入引脚等，这些器件能让定时器进行停止/保持、连续增计数、定向增/减计数、连续增/减计数四种计数模式，和比较操作，PWM输出等多种操作，可以产生多种对称或非对称的波形输出，这就给电机控制带来了很大的便利和灵活操作空间。

（2）2812
DSP2812是TI公司新推出的功能强大的TMS320F2812的32位定点DSP，是TMS320LF2407A的升级版本，最大的特点是速度比TMS320LF2407A有了质的飞跃，从最高40M跃升到TMS320F2812的150M，处理数据位数也从16位定点跃升到32位定点。最大的亮点是其拥有EVA、EVB事件管理器和配套的12位16通道的AD数据采集，使其对电机控制得心应手。再加上丰富的外设接口，如CAN、SCI等，在工控领域占有不少份额。
DSP微处理器的特点：
　　DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
　　DSP微处理器（芯片）一般具有如下主要特点：
　　（1）在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法；
　　（2）程序和数据空间分开，可以同时访问指令和数据；
　　（3）片内具有快速RAM，通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问；
　　（4）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持；
　　（5）快速的中断处理和硬件I/O支持；
　　（6）具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器；
　　（7）可以并行执行多个操作；
　　（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
　　当然，与通用微处理器相比，DSP微处理器（芯片）的其他通用功能相对较弱些。
　　DSP优点：
　　对元件值的容限不敏感，受温度、环境等外部因素影响小；
　　容易实现集成；VLSI
　　可以分时复用，共享处理器；
　　方便调整处理器的系数实现自适应滤波；
　　可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等；
　　可用于频率非常低的信号。
　　DSP缺点：
　　需要模数转换；
　　受采样频率的限制，处理频率范围有限；
　　数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。
但是其优点远远超过缺点。
书上常用程序片段
汇编语言源程序片段：
;主程序
.text
_c_int0
CALL SYSINIT ;系统初始化程序
CALL PWM_INIT ;EVB模块PWM初始化程序
WAIT
NOP
B WAIT
;系统初始化程序
SYSINIT:
SETC INTM
CLRC SXM
CLRC OVM
CLRC CNF ;B0区被配置为数据空间
LDP #0E0H ;指向7000h-7080h区
SPLK #81FEH,SCSR1 ;时钟4倍频,CLKIN=6M,CLKOUT=24M
SPLK #0E8H,WDCR ;不使能WDT
LDP #0
SPLK #0002H,IMR ;使能中断第2级INT2
SPLK #0FFFFH,IFR ;清全部中断标志
RET
;EVB模块的PWM初始化程序
PWM_INIT:
LDP #DP_PF2 ;指向7080h-7100h区
LACL MCRC
OR #007EH ;IOPE[1-6]被配置为基本功能方式:PWM[7-12]
SACL MCRC
LDP #DP_EVB ;指向7500h-7580h区
SPLK #0FFFFH,EVBIFRA ;清EVB 全部中断标志
SPLK #0666H,ACTRB ;PWM12,10,8 低有效,PWM11,9,7 高有效
SPLK #00H,DBTCONB ;不使能死区控制
SPLK #10H,CMPR4 ;设置比较初值 PWM7高电平占50/60, 低电平占10/60
SPLK #20H,CMPR5 ;设置PWM9,10的比较寄存器
SPLK #30H,CMPR6 ;设置PWM11,12的比较寄存器
SPLK #60H,T3PR ;设置定时器3周期寄存器,
;即PWM周期为60个CPU时钟周期
SPLK #0A600H,COMCONB ;使能比较操作
SPLK #0,T3CNT
SPLK #41H,GPTCONB ;TCOMPOE=1,T3PIN=01
SPLK #080H,EVBIMRA ;通用定时器3使能
SPLK #0174EH,T3CON ;TMODE=10 连续增计数模式,TPS=111 预分频为128
;TENABLE=1 定时器计数使能, TCLKS=00 内部时钟
;TECMPR=1 定时器3比较使能, SELT3PR=0
CLRC INTM ;开总中断
RET
;定时器3中断程序
GISR2: ;优先级INT2中断人口
;保护现场
LDP #0 ;保存机器上下文
SST #0,st0_temp ;使用自动寻址,DP-0
SST #1,st1_temp ;保存状态寄存器到B2 DARAM.
LDP #0
SACL context ;保存ACC的低16位
SACH context+1 ;保存ACC的高16位
SAR AR1,context+2
SAR AR2,context+3
SAR AR3,context+4
SAR AR4,context+5
SAR AR5,context+6
LDP #0E0H
LACC PIVR,1 ;读取外设中断向量寄存器（PIVR）,并左移一位
ADD #PVECTORS ;加上外设中断人口地址
BACC ;跳到相应的中断服务子程序
T3GP_ISR: ;通用定时器3中断人口
LDP #DP_EVB
SPLK #0,T3CNT
GISR2_RET: ;中断返回
;恢复现场
LDP #DP_EVA
SPLK #0FFFFH,EVAIFRA
LDP #0
LAR AR5,context+6
LAR AR4,context+5
LAR AR3,context+4
LAR AR2,context+3
LAR AR1,context+2
LACC context+1,16
ADDS context
LST #1, st1_temp
LST #0, st0_temp
CLRC INTM ;开总中断,因为一进中断就自动关闭总中断
RET

DSP技术的应用
语音处理：语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。
图像/图形：二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。
军事：保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。
仪器仪表：频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
　　自动控制：控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
　　医疗：助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。
　　家用电器：数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。
　　生物医学信号处理举例：
CT：计算机X射线断层摄影装置。（其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。）
　　CAT:计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描，心脏活动立体图形，脑肿瘤异物，人体躯干图像重建。
　　心电图分析。
2407和2812是dsp2000系列性能最让人关注的两款芯片，在使用过两种芯片后，
特将两款芯片的异同来作一比较。
都是对于电机控制开发使用。由此，在外设上的配备上有较多的相似之处。

2407与2812的异同点
1、相同点：
1 时间管理器，来管理定时器和pwm，及电机光电码盘的接口，
2 多路ad来接受传感器的信号
3 通讯接口 spi can sci 使得可以方便的通讯
4 程序存储器和内部ram都有一定的容量满足不同的需求
5 3、3V电压供电，突出了低功耗的节电功能
6 可以进行程序和数据空间的外扩
7 jtag接口相同
8 内核相同 ，方便程序移植
同时，240x系列都有以下特点：
采用高性能静态CMOS技术，似的供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；30MIPS的执行速度是得指令周期缩短到33ns，从而提高了实时控制能力
基于TMS320C2xx DSP的CPU核，保证了F240x系列DSP代码与TMS320系列DSP代码兼容
片内有很大的程序存储器以及数据/程序RAM，DRAM，SARAM
两个事件管理器模块，包括两个16位通用定时器，8个16位脉宽调制通道，3个捕获单元，片内光电编码器接口电路，16位通道AD转换器。事件管理器模块适用于控制交流感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机、步进电机、多级电机和逆变器。
拥有较大的可扩展外部存储器
拥有看门狗定时器模块
控制器局域网络（CAN）2.0B模块，串行通信接口（SCI）模块，16位串行外设接口（SPI）模块
基于锁相环的时钟发生器，众多的通用I/O引脚，5个外部中断（两个电机驱动保护、复位和两个可屏蔽中断）
电源管理包括3种低功耗模式，能独立地将外设器件转入低功耗工作模式

2、不同点：
1 电压 2407 3。3V内核和IO供电，flash烧写电压5V 。2812 1。8V或者1.9V内核和3。3VIO供电，flash烧写电压3.3V 。上电次序，2407没有关系 ，2812 io先上电，核后上电
2 clk 2407最大40M 。2812 最大150M（内核电压1.9V）或者 135M（内核电压 1.8V）
3 下载程序方式 2407 编程器下载
2812 编程器下载 串口 spi
4 cpu 2407为16位处理器 。2812为32处理器
5 程序和数据空间 2407 flash32k ram2。5K可扩展196K 。2812 flash 16×128K ram 16×18K可扩展4M空间
6 时间管理器 2407 定时器16位 一个光电码盘接口。2812 定期器32位 有两个光电码盘接口
7 ad 2407 10位 2812 12位
8 sci 2407 1个 没有缓冲单元 2812 两个 具有缓冲单元
8 can 2407标准can符合2。0B协议 2812增强can和标准can 符合2。0B
9 mcbsp 2407 没有 2812 有
10 语言 2407 汇编 c 2812 汇编 c c＋＋
11 TI支持 2407没有提供较多的例程支持 2812 提供完整的模块例程支持
12 编程风格 2407倾向于模块编程 2812 类编程，并且结构性更强
13 寄存器的保护。2407没有对系统寄存器的保护，2812提供了保护机制
14 在开发环境的帮助文件上看，2407比2812要好点，2812的寄存器的设置和定 义帮助文件基本没有说明
正因为这些异同点，我们不难看出 2812已经比2407具有了更高的处理能力，更丰富的处理方式和更安全的系统结构，也增加了一部分2407所不具有的功能。
所以，信息处理量越来越大的DSP领域，可以预言，2812代替2407已经成为一种趋势。2407是2812的基础一级，2812比2407更加适应如今发展迅速。但我们现阶段还是要通过对2407的学习打好基础，以便更好的理解和学习2812,。

DSP未来发展
1、数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位，如Analog Devices的 ADSP-2116x。

2、DSP 和微处理器的融合：　
　　微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但是数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。例如，有多个处理器的Motorola公司的DSP5665x，有协处理器功能的Massan公司FILU-200，把MCU功能扩展成DSP和MCU功能的TI公司的TMS320C27xx以及Hitachi公司的SH-DSP，都是DSP和MCU融合在一起的产品。互联网和多媒体的应用需要将进一步加速这一融合过程。
3、DSP 和高档CPU的融合：
　　大多数高档GPP如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高档CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。
4、DSP 和SOC的融合：
SOC(System-On-Chip)是指把一个系统集成在一块芯片上。这个系统包括DSP 和系统接口软件等。比如Virata公司购买了LSI Logic公司的ZSP400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如USB、10BASET、以太网、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，应用在xDSL上，得到了很好的经济效益。因此，SOC芯片近几年销售很好，由1998年的1.6亿片猛增至1999年的3.45亿片。1999年，约39%的SOC产品应用于通讯系统。今后几年，SOC将以每年31%的平均速度增长，到2004年将达到13亿片。毋庸置疑，SOC将成为市场中越来越耀眼的明星。
5、DSP 和FPGA的融合：
　　FPGA是现场编程门阵列器件。它和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA对快速傅立叶变换(FFT)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供编程。Xilinx公司开发出一种称作Turbo卷积编译码器的高性能内核。设计者可以在FPGA中集成一个或多个Turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3G)WCDMA无线基站和手机的需要，同时大大节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用

Answer 2

你真行~