一種高性能浮點(diǎn)DSP芯片TMS320C6713及其最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
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(1)處理速度快，工作主頻最高可達(dá)到300 MHz，峰值運(yùn)算能力為2 400 MIPS/1 800 MFLOPS；
(2)硬件支持IEEE格式的32 bit單精度與64 bit雙精度浮點(diǎn)操作；
(3)集成了32×32 bit的乘法器，其結(jié)果可為32 bit或64 bit；
(4)TMS320C62X指令無需任何改變即可在TMS320C6713上運(yùn)行。
1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
TMS320C6713是TI新推出的高速浮點(diǎn)DSP，工作主頻200 MHz，其單指令執(zhí)行周期僅5 ns；具有強(qiáng)大的定點(diǎn)浮點(diǎn)運(yùn)算能力，運(yùn)算速度可達(dá)1 600 MIPS/1 200 MFLOPS。與TMS320其他系列DSPs相比，C6000系列DSPs最主要的特點(diǎn)是在體系結(jié)構(gòu)上采用了VelociTI超長指令字VLIW(Very long Instruction Word)結(jié)構(gòu)，VLIW體系結(jié)構(gòu)中，是由一個(gè)超長的機(jī)器指令字來驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的多個(gè)功能單元的（這也是VLIW名字的由來）。每個(gè)指令字包含多個(gè)字段（指令），字段之間相互獨(dú)立，各自控制一個(gè)功能單元，因此可以單周期發(fā)射多條指令，實(shí)現(xiàn)很高的指令級(jí)并行效率。C6000的VLIW采用了類RISC指令集，使用大統(tǒng)一的寄存器堆，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有潛在的易編程性和良好的編譯性能，在科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域可以發(fā)揮良好的性能。
TMS320C6713是一種支持浮點(diǎn)運(yùn)算的DSP芯片，是德州儀器公司設(shè)計(jì)的用于高端處理的長指令、多功能的DSP芯片。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能模塊如圖1所示，它主要包括中央處理器CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器和片內(nèi)集成外設(shè)3部分。
1.1 CPU內(nèi)核的功能單元
TMS320C6713的CPU是最新采用VelociTI體系結(jié)構(gòu)的DSP芯片。VelociTI是高性能、先進(jìn)的VLIW結(jié)構(gòu)，多個(gè)功能單元并行工作，共享公用的大型寄存器組，同時(shí)執(zhí)行的各種操作是由VLIW的長指令分配模塊進(jìn)行同步協(xié)調(diào)的，這種結(jié)構(gòu)使其成為多通道、多功能以及高性能應(yīng)用的首選器件。CPU內(nèi)核作為DSP芯片的運(yùn)算和控制中心，包括以下幾部分：(1)程序取指令單元、指令分配單元、指令譯碼單元;(2)2個(gè)數(shù)據(jù)通道A、B,每個(gè)通道中包括一個(gè)由16個(gè)32 bit寄存器組成的寄存器組和4個(gè)功能單元：①算術(shù)和邏輯運(yùn)算單元(.L)②分支、位操作和算術(shù)運(yùn)算單元(.S)③乘法操作單元（.M）④裝載/存儲(chǔ)和算術(shù)單元（.D）;(3)控制寄存器;(4)控制邏輯;⑸測(cè)試、在線仿真接口和中斷控制。
1.2 片內(nèi)存儲(chǔ)器
TMS320C6713的芯片內(nèi)部存儲(chǔ)器采用兩級(jí)高速緩存結(jié)構(gòu)，如圖1所示，包括：4 KB的第一級(jí)高速程序緩存（L1P）、4 KB第一級(jí)高速數(shù)據(jù)緩存(L1D)、和第二級(jí)總共256 KB片內(nèi)存儲(chǔ)容量(64 KB的L2統(tǒng)一緩存/映射RAM和192 KB的附加L2 RAM)。
無論是TMS320C6713還是TMS320C6713B都應(yīng)用了雙層的Cache結(jié)構(gòu)，對(duì)外具有強(qiáng)有力的驅(qū)動(dòng)能力。第一層為4 KB的程序緩沖區(qū)和可雙向?qū)ぶ返臄?shù)據(jù)緩沖區(qū)，第二層有256 KB的程序和數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，其中64 KB為存儲(chǔ)區(qū)，剩下為SRAM區(qū)，這種獨(dú)特的二級(jí)緩存結(jié)構(gòu)大大提高了CPU的工作效率。
1.3 片內(nèi)集成外設(shè)
TMS320C6713的芯片內(nèi)部集成了許多外圍設(shè)備接口，可以方便地連接片外存儲(chǔ)器、主機(jī)、串行設(shè)備等外設(shè)。所有外部接口都是由一些信號(hào)線和控制寄存器組成，開發(fā)人員對(duì)接口設(shè)計(jì)的主要工作就是完成接口連線和寫控制寄存器兩項(xiàng)工作,使得擴(kuò)展外設(shè)變得更加容易。
C6713片內(nèi)集成的一個(gè)32 bit的外部存儲(chǔ)器接口EMIF(External Memory Interface)，可以外擴(kuò)8 bit、16 bit、32 bit并行存儲(chǔ)器。內(nèi)部的16個(gè)獨(dú)立的擴(kuò)展直接存儲(chǔ)器訪問通道EDMA(Enhanced Direct-Memory-Access)大大提高了存儲(chǔ)器訪問的效率,EDMA面向?qū)崟r(shí)信號(hào)處理,可以在CPU后臺(tái)高效完成存儲(chǔ)空間中數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)移,具有高效的傳輸速率,C621x和671x的數(shù)據(jù)傳輸率可高達(dá)1 200 MB/s。2個(gè)McASP(multichannel audio serial port)；2個(gè)McBSP(multichannel buffered serial port)，可以模擬幾乎所有形式的串行接口；2個(gè)I2C總線接口；2個(gè)32 bit的通用定時(shí)器；16通道通用I/O口GPIO(general-purpose input/output)；一個(gè)16 bit的主機(jī)接口HPI(Host-Port Interface)；還包括程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器控制器、中斷控制器、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器、PLL(鎖相環(huán)控制發(fā)生器)及掉電邏輯等功能單元。
2 TMS320C6713 DSP硬件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)
TMS320C6713(主頻225 MHz)是C67X系列中一款典型且應(yīng)用廣泛的DSP芯片，其硬件最小系統(tǒng)所要完成的主要功能包括：進(jìn)行基本信號(hào)采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算及數(shù)據(jù)、程序存儲(chǔ)；音頻信號(hào)的采集、處理及輸入、輸出；與主機(jī)間的通信及數(shù)據(jù)、程序傳輸，同時(shí)配備了外部擴(kuò)展接口，方便對(duì)系統(tǒng)的功能擴(kuò)展以實(shí)現(xiàn)更廣泛的嵌入式應(yīng)用。將以上主要功能分成如圖2所示的功能模塊：音頻處理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、電源轉(zhuǎn)換供電模塊。
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評(píng)論