2 DSP芯片TMS320DM642概述11.docx
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2DSP芯片TMS320DM642概述11
第2章TMS320C6000DSP芯片概述
本章介绍了TI公司是DSP芯片和DSP芯片的命名规则，并着重介绍了TMS320DM642的器件特性及总体原理框图。
本章的知识要点为理解TMS320DM642的原理框图构成，本章建议安排2个课时进行学习。
2.1DSP芯片概述
随着信息技术的高速发展，数字信号处理器（DigitalSignalProcessor，DSP）的应用范围越来越广，普及率越来越高。
DSP的应用领域主要包括：
图形图像领域（如图形变换、图像压缩、图像传输、图像增强、图像识别等）、自动化控制领域（如导航和定位、振动分析、磁盘驱动、激光打印、机器人控制等）、消费电力领域（如智能玩具、扫描仪、机顶盒、VCD/DVD、可视电话、传真机等）、电子通信领域（如蜂窝电话、IP电话、无线调制解调器、数字语音嵌入等）、语音处理领域（如语音综合、语音增强、语音识别、语音编码等）、工业应用领域（如数字控制、机器人技术、在线监控等）、仪器仪表领域（如数字滤波器、函数发生器、瞬时分析仪、频谱分析仪、数据采集仪器等）、医疗器械领域（如诊断设备、助听器、病情监控器、心电图设备、超声设备等）、军事领域（如导弹制导、导航、雷达、保密通信等）。
因此，DSP在当今电子通信类产品中起到了不可或缺的作用。
2.1.1主要类型
DSP芯片主要分为以下两大类：
（1）专用DSP芯片。
这类芯片被设计和加工成独立的电路模块，只能完成功能单一的任务，它们的使用场合比较特殊，通常应用于高速信号处理环境中，如执行FFT运算、数值滤波运算、卷积运算等，专用DSP芯片通过硬件逻辑实现信号处理算法，而不是采用内部编程的方法，这种机制保证了专用DSP芯片的执行效率、提高了其运算速度，专用DSP芯片在应用中无须程序设计。
只要根据其功能设计外围电路即可。
（2）通用可编程数字信号处理器（ProgrammableDigitalSignalProcessor）。
这类芯片通过嵌入内部的程序来调用自身的硬件资源，使用起来更加灵活，应用领域也更加广泛。
狭义上讲DSP是一种“更高”级别的单片机，它有着和单片机类似的输入输出引脚、定时器、计数器、外设接口、数据地址总线等，两者在功能组织方面存在着很多类似之处。
DSP和单片机在应用领城中也有重叠的区域，比如二者均可以用在自动控制、信号处理和通信等领域，它们在这些领域中所起的作用．扮演的角色也类似。
但是，从深层次上分析，DSP和单片机之间又存在本质上的不同，表现为以下几个方面。
硬件资源方面的不同之处
DSP具有较高的主频，DSP主频一般为几百兆赫，单片机的主频通常为几兆赫到几十兆赫，DSP主频远远高于单片机主频，DSP和单片机在主频上的差异决定了两者在处理数据速度上的巨大差距。
在硬件结构方面，DSP具有更多的数据总线和地址总线，并行处理数据的能力更加强大，DSP
器件的数字信号处理功能表现尤为突出，TMS320DM642强大的视频处理功能就是一个典型的例子。
处理事务能力方面的不同之处
DSP拥有强大且高效的硬件资源，其应用领域广、应用层面高，DSP的应用范围已经远远超越了单片机的应用范围，DSP能够处理更加复杂的综合性事务，涉及视频、音频、网络、图形图像等多种领域。
以上比较可帮助读者更好地理解DSP芯片的功能和作用。
应用系统使用DSP芯片还是单片机应视具体环境和要求而定，尽管DSP芯片拥有较高的运算速度，但DSP电路系统设计复杂，研发成本高，所以并不是所有的场合都适合选用DSP芯片。
DSP芯片的生产厂家很多，类型多样，主要的产品如表2-1所示。
表2-1DSP芯片主要生产厂家
厂家
国别
代表类型
TI公司
美国
TMS320C2x，TMS320C5x，TMS320C54x，TMS320C64x，TMS320C67x芯片等
Motorola公司
美国
DSP56xxx,DSP96xxx芯片等
AD公司
美国
ADSP210x，ADSP21x，ADSP21MODx，ADSP21MSPxx芯片等
AT&T公司
美国
DSP16，DSP32芯片等
NEC公司
日本
μPD7711x，μPD7721x芯片等
2.1.2TI公司的DSP芯片
TI公司是DSP芯片的主要生产厂家之一，该公司研发出多歌高性能的DSP产品，例如定点型DSP芯片C1x、C2x、C2xx、C5x、C54x和C6x等，浮点型DSP芯片C3x、C4x、C67x等，多处理器型DSP芯片C8x等。
从DSP芯片出现的先后顺序来看，TT公司的DSP产品主要经历了7个发展阶段，如表2-2所示：
表2-2TI公司DSP产品的发展历程
阶段
DSP类型
DSP芯片型号
描述
第1阶段
TMS320C1x
TMS320C10/14/25
TMS320C/E/P14
TMS320（C/E/P/LC）15
TMS320C/LC16
TMS320C/E/P/LC17
定点型DSP芯片
第2阶段
TMS320C2x
TMS320C2xx
TMS320C25/E25
TMS320C26/28
定点型DSP芯片
第3阶段
TMS320C3x
TMS320C30
TMS320C31/LC31
浮点型DSP芯片
第4阶段
TMS320C4x
TMS320C40
浮点型DSP芯片
第5阶段
TMS320C5x
TMS320C50
定点型DSP芯片
TMS320C5/BC/LC/LBC51
TMS320C5/BC/LC/LBC52
TMS320C5/BC/LC/LBC53
第6阶段
TMS320C8x
TMS320C80/82
多处理器型DSP芯片
第7阶段
TMS320C54x
TMS320C2000
TMS320C6000
TMS320C541/2
TMS320LC541/2/3/4/5/6/7/8/9
TMS320VC549
TMS320VC5410
TMS320F240
TMS320F2812
TMS320C6201
TMS320C6203
TMS320C6411-16
TMS320C6701
TMS320C671-13
TMS320DM642
TMS320C67x为浮点型DSP，其他为定点型DSP
从功能上来划分，TI公司的DSP芯片主要包括TMS320C2000、TMS320C3000、TMS320C5000和TMS320C6000等几个系列。
TMS320C2000系列DSP芯片的硬件结构更多地考虑了工业应用环境，适合在机电控制、电力电子系统中应用，如照明控制、光纤网络、工业自动化等相关产品。
TMS320C3000系列DSP芯片适合在数字音频、激光打印机、扫描仪、读码器、视频会议、工业自动化、机器人和伺服控制产品中应用。
TMS320C5000系列DSP芯片适合通信设备的开发，如媒体播放器、3G电话、电子图书、无线Modem、GPS接收装置、指纹识别系统等。
TMS320C6000系列DSP芯片的硬件结构功能强大，适用于高速信号处理设备中，如图像图形处理、无线网络、多媒体网关、宽带视频转换器、视频主/从模式服务器和网络相机等。
TMS320C2000系列DSP芯片主要包括两种类型：
一类是TMS320F28x子系列芯片，另一类是TMS320F24x子系列芯片。
F28x子系列DSP芯片的片上资源比F24x子系列DSP芯片的片上资源丰富，适合在高精度控制系统中应用．C2000系列DSP芯片内部带有FLASH存储器，可以直接存储程序，无须再外扩FLASH存储器，这是C2000系列DSP程序存储上的优势。
根据时钟频率来划分，C2000系列DSP芯片包括3个层次：
F2810、F2812等芯片为第1层次，该类芯片的指令执行速度为150MIPS；F243、LF2403A、LF2402A、LF2406A、LC2406A、LF2407A等芯片为第2层；C242F241、LC2404A,LC2402A,LF2401A等芯片为第3层次。
第2层次和第3层次芯片的指令执行速度为40MIPS.相对较慢。
TI公司的浮点型DSP芯片包括两类：
一类是TMS320C3000系列DSP芯片．另一类是TMS32067x系列DSP芯片。
C31/C32属于C3000系列芯片的早期产品,主频为60MHz，以此为基础延生出主频80MHz的C31和主频60/75MHz的C33。
TMS32067X系列DSP芯片属于高档浮点型信号处理器，C6701为最精简的一种，工作主频167MHz，以此款芯片为基础相继延生出多种类型的C67x芯片，如工作主频225MHz的C6713,工作主频100MHz
的C6712,工作主频150MHz的C6712C和工作主频200MHz的6711C等。
TMS320C5000系列DSP芯片主要包括TMS320C54x子系列和TMS320C55x子系列，根据时钟频率划分为多个层次，C5401（50MIPS）、C5402（100-160MIPS）、C5404（120MIPS）、C5407（120MIPS）、C5409（80-160MIPS）,C5410（100-160MIPS）和C5416（120-160MIPS）等芯片位于C5000系列的底层，在这些底层芯片的基础上，C5000系列DSP芯片划分为3种应用级别的器件；
（1）应用功能较强级别的DSP芯片，如C5501（400MIPS）、C5502（400MIPS）、C5509（288-400MIPS）、C5510（320-400MIPS）等，这一类芯片逐渐向C55XTM技术的芯片方向发展；
（2）精简指令集型的DSP芯片，相继出现了C5470（C54x+ARM7）、C5471（C54x+ARM7）、OMAP5910（C55x+ARM9）等，该类芯片向OMAPTM、C55xTM和ARM9集成型芯片发展；（3）C5000多核DSP芯片，如C5420（200MIPS）、C5421（200MIPS）,C5441（532MIPS）等，在此基础上，将进一步向C55XTM多核DSP芯片发展。
TMS320C6000系列DSP芯片已衍生出多个子系列，包括C62x子系列、C64x子系列和C67x子系列（浮点型DSP），C6201、C6202、C6203、C6211、C6204、C6205、C6701、C6711、C6712和C6713属于第1代C6000芯片，C6414,C6415、C6416、C6411、C6412和DM642为第2代C6000芯片，第3代C6000芯片尚处于研发阶段．主要目标是多核DSP芯片、新型1.0GHzC64x子系列芯片和高档浮点型DSP芯片。
C6000系列DSP芯片包括的类型非常多，应用领域存在较大差别，如C6414用于一般系统产品、06416用于3G无线网络产品、C6412用于嵌入式通信设备、C6411用于多媒体网关产品等。
本书主要对TMS320C6000系列DSP芯片C64x子系列进行阐述。
2.1.3TI公司DSP芯片的命名规则
TI公司的DSP芯片类型多样，在选择DSP芯片时一定要仔细辨别芯片表面的标识，以免选错器件。
以TMS32OC6412型DSP芯片为例，介绍TI公司DSP芯片的命名规则，TMS320C6412芯片的符号含义如图2-1所示．“TMS”为芯片标识的前缀，“320”表示芯片的类别，“C”表示芯片采用了CMOS加工工艺，“6412”表示芯片的型号，“GDK”表明芯片的封装类型，“（）”内部的数字一般表示芯片正常工作时的温度范围，“600”表示芯片的主频或工作频率。
TI公司的DSP芯片类型众多，对芯片名称中的标识进行归纳，各字段含义如表2-3所示。
TMS320C6412GDK（）600
图2-1TI公司DSP芯片命名规则
表2-3TI公司DSP芯片命名规则
字段名称
英文标识
描述
前缀
TMX
试制阶段的产品
TMP
定型阶段的产品
TMS
批量生产阶段的产品
SMJ
军用级产品
SM
高可靠性产品
OMAP
多核产品
类别
32或320
TMS320TM系列DSP芯片
采用的技术
C
CMOS工艺
DM
数字媒体
E
CMOS工艺带EPROM存储
F
CMOS工艺带FLASH存储
LC
低电压CMOS工艺（3.3V）
LF
低电压FLASH存储（3.3V）
UC
低电压CMOS工艺（工作电压3.3V，内核电压1.8V）
VC
低电压CMOS工艺（工作电压3.3V，内核电压2.5V）
器件型号
C6000DSP
C62x:
6201、6202、6202B、6203B、6204、6205、6211、6211B
C64x:
6411、6412、6413、6414、6415、6416
DM64x:
DM640、DM641、DM642
C67x:
6701、6711B、6711C、6712、6712C、6713
C5000DSP
C54x:
549、5401、5402、5402A、5404、5407、5409、5409A、5410、5410A、5416、54CST、54V90、5420、5421、5441、5470、5471
C55x:
5501、5502、5509、5509A、5510A、5910
C2000DSP
C24x:
240、241、242、243、2401A、2402A、2403A、2404A、2406A、2407A
C28x:
2810、2812
C3xDSP
30、31、32、33
封装类型
FN
38引脚PLCC封装
GDK
548引脚塑胶BGA封装
GDP
277引脚塑胶BGA封装
GDY
289引脚微小型BGA封装
GEL
181引脚PGA封装
GFN
256引脚塑胶BGA封装
GGU
144/169引脚微小型BGA封装
GGW
176/240引脚微小型BGA封装
GHH
179引脚微小型BGA封装
GHK
257/288引脚微小型BGA封装
GJC
352引脚塑胶BGA封装
GJL
352引脚塑胶BGA封装
GLS
384引脚塑胶BGA封装
GLW
340引脚塑胶BGA封装
GLZ
532引脚塑胶BGA封装
GNY
284引脚塑胶BGA封装
GNZ
352/548引脚塑胶BGA封装
GNG
289引脚微小型BGA封装
GZZ
201引脚微小型BGA封装
PG
64引脚PQFP封装
PAG
64引脚TQFP封装
PBK
128引脚LQFP封装
PCM
144引脚PQFP封装
PGE
144引脚LQFP封装
PGF
176引脚LQFP封装
PQ
132引脚PQFP封装
PYP
208引脚PowerPADTM塑胶QFP封装
PZ
100引脚LQFP封装
VF
32引脚LQFP封装
空
C6000系列DSP的工作范围温度为0~90℃
温度范围
空
C54xTM系列DSP的缺省工作范围温度为-40~100℃
A
-40-105℃（C6000系列DSP）
A
-40-80℃（C2000TM系列DSP）
H
0-50℃
L
0-70℃
M
-55-125℃
S
-55-125℃（C5000系列DSP）
S
-40-125℃（C2000系列DSP）
频率范围
C6000TMDSP
150MHz、167MHz、200MHz、233MHz、250MHz、300MHz、400MHz、500MHz、600MHz、720MHz
5E0[内核最高工作频率500MHz、EMIF最高工作频率100MHz]
6E3[内核最高工作频率600MHz、EMIF最高工作频率133MHz]
7E3[内核最高工作频率720MHz、EMIF最高工作频率133MHz]
C5000TMDSP
50MIPS、80MIPS、100MIPS、120MIPS、160MIPS、200MIPS
C3xTMDSP
40MFLOPS、50MFLOPS、60MFLOPS、80MFLOPS、120MFLOPS、150MFLOPS
2.2TMS320DM642DSP芯片概况
TMS320DM642是TI公司于2003年左右推出的一款32位定点DSP芯片，主要面向数字媒体，属于C6000系列DSP芯片。
DM642保留了C64x原有的内核机构及大部分外设的基础上增加了3个双通道数字视频口，可同时处理多路数字视频流。
2.2.1DM642概述
TMS320C64xDSP芯片（包括TMS320DM642的装置）是TMS320C6000DSP平台上具有最高性能的定点DSP。
TMS320DM642（DM642）是基于由德州仪器（TI）开发的超长指令字（VLIW）结构，因而DM642芯片是数字媒体应用的最优选择。
DM642在主频720MHz下处理速度达到5760MIPS，C64xDSP核具有64个32位字长的通用寄存器和8个独立的功能单元。
DM642每周期能够提供4个16位MACs，每秒可提供2880百万个MACs，或者8个8位MACs，每秒5760MMACs。
DM642具有一个两层的缓存结构和一个强大且多样的外设设备。
第一层的程序缓存（L1P）是一个128比特的直接映射缓存，第一层的数据缓存（L1D）是一个128比特的2路组相连高速缓存。
第二层的存储器/缓存（L2）是由被程序和数据空间共享的2兆比特的存储空间组成。
第二层的存储器可以由映射存储器、缓存或由二者混合组成。
DM642外围设备包括：
3个可配置的视频端口；1个10/100Mb/s的以太网媒体访问控制（EMAC）；1个管理数据输入/输出（MDIO）模块；1个VCXO内插控制端口（VIC）；1个多通道缓冲音频串口（McASP0）；1个集成电路接口模块；2个多通道缓冲穿行端口（McBSPs）；3个32比特的通用定时器；1个用户可以配置的16比特或32比特的主机口界面（HPI16/HPI32）；1个外设连接接口（PCI）；1个16脚的具有程序可控的中断/时间生成模式的通用输入/输出口（GP0）；1个内能够和同步、异步存储器以及外设相联的无缝连接的外部存储接口（EMIFA）。
DM642具有3个可配置的视频端口外设（VP0,VP1,VP2）.这些视频端口外设为通用的视频解码与编码设备提供了一个无缝连接的接口。
DM642视频端口外设支持多分辨率和视频标准（例如：
CCIR601,ITU−BT.656,BT.1120,SMPTE125M,260M,274M,and296M）。
3个视频端口（VP0,VP1,VP2）外设是可以配置的，并且支持视频捕捉和视频演示模式。
每个视频端口由两个通道组成（A和B）,每个通道具有一个5120字节捕捉/显示的缓冲区。
DM642的多通道缓冲音频串口（McASP0）提供了一个发射和一个接受时钟区，有8个串行数据引脚，能够分别设置到这两个区域。
从2到32个时隙，在每个引脚上串行口支持时分多路技术。
DM642拥有足够的带宽支持8个串行数据脚传送192kHz的立体声信号，每个区域上的串行数据可以同时在多串行数据引脚上传送和接收，也可以在I2S形式上设计成多种样式。
此外，McASP0可以同时地被编程为输出多种（S/PDIF,IEC60958,AES-3,CP-430）编码数据通道。
McASP0也具有差错检查和恢复特征，比如可检测不利高频主时钟的时钟探测电路，它可以检验主时钟是否在一个可编程频率范围内。
VCXO内插控制（VIC）端口提供了分辨率为9比特到16比特数模转换。
VIC的输出是一个比特内插D/A输出。
以太网媒体接入控制器（EMAC）在DM642DSP内核处理器和网络之间提供了一个有效的接口。
DM642EMAC具有硬件信息流控制和服务质量（QOS）支持，无论是半双工还是双工模式，它都支持
10Base-T和100Base-TX,或10Mbps和100Mbps。
DM642EMAC使用定制的接口与DSP核相连，可以让数据有效地传送和接收。
MDIO模块不断地获取全部32个MDIO地址，列举出系统中所有PHY器件。
一旦有候选的PHY被DSP选中，MDIO模块马上通过读取PHY状态寄存器监控它的连接。
连接的改变能保存MDIO，并可随时中断DSP，使得DSP无需不断执行MDIO存取操作即可获取连接的状态。
TMS320DM642上的I2C0端口能够使DSP较容易地控制外设，并与主机处理器通信。
此外，标准多通道缓冲穿行端口（McBSP）可用于与具有串行外围接口（SPI）模式的外设通信。
DM642具有完整的发展工具，包括：
1个新的C编译器，1个简化程序和调度的组装优化器，1个具有执行代码可见性的Windows调试器接口。
2.2.2DMS642的器件特性
高性能数字媒体处理器
－2，1.67，1.39ns指令周期
－500，600，720MHz时钟频率
－每周期执行8条32位指令
－4000,4800,5760MIPS（每秒处理的百万级的机器语言指令数）
－与C64x完全兼容
VelociT1.2是具有先进超长指令字（VLIW）TMS320C64xDSP核VelociT的升级版－8个独立的功能单元
6个ALU（32/40bit），每个功能单元支持每时钟周期32位算术操作，双16位比特算术操作，或4个8位算术操作
2个乘法器支持每时钟周期4个16×16位的乘法（结果是32位）或者8个8×8位乘法（结果是16位）
－具有无需阵列支持的负载存储结构
－采用64/32位通用寄存器
－采用指令打包技术，减少代码容量
－适合所有指令条件
指令设置特点
－字节寻址（8/16/32/64位数据）
－8位溢出保护
－可位提取，设置，清除操作
－具有标准化，饱和度，位计数功能
－增强交互的VelociT1.2
L1/L2存储器结构
－128Kbit（16Kbyte）L1P程序缓存（直接映射）
－128Kbit（16Kbyte）L1D数据缓存（2种方法结合设置）
－2Mbit（256Kbyte）L2标准映射RAM/缓存（灵活的RAM/缓存分配）
支持小端模式，大端模式
64位外部存储器接口（EMIF）
－支持异步存储器（SRAM和EPROM）和同步存储器（SDRAM，SBSRAM，ZBTSRAM
和FIFO）直接接口
－总共有1024Mbyte可寻址外部存储空间
增强的直接存储器访问（EDMA）控制器（64个独立的通道）
10）10/100Mb/s以太网控制器（EMAC）
－适应IEEE802.3
－媒体独立接口（MII）
－8个独立的发送通道和1个接收通道
管理数据输入输出（MDIO）
3个可配置视频接口
－给公共的视频编码解码器件提供一个直接I/F接口
－支持多种协议/视频标准
内插VCXO控制接口
－支持同步音频/视频
主机接口（HPI）[32/16位]
符合PCI接口规范2.2版本，32位/66MHz，3.3VPCI主/从接口
多通道音频串行接口（McASP）
－8个串行数据引脚
－多
升级会员 