定点DSP芯片TMS320F2812实现快速算法应用

来源：国外电子元器件; 作者：李佳武 张景森 滕 峰;
摘要：论述了以DSP芯片TMS320F2812为核心的一种测量仪器的组成原理、设计思想以及快速定点算法的实现方法，同时对定点和浮点算法结果进行了比较。
关键词：定点芯片；浮点运算；快速算法；系统配置；TMS320F2812
１ TMS320F2812简介
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２是ＴＩ公司的一款用于控制的高性能、多功能、高性价比的３２位定点ＤＳＰ芯片。该芯片兼容ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７指令系统?最高可在１５０ＭＨｚ主频下工作，并带有１８ｋ×１６位０等待周期片上ＳＲＡＭ和１２８ｋ×１６位片上ＦＬＡＳＨ（存取时间３６ｎｓ）。其片上外设主要包括２×８路１２位ＡＤＣ（最快８０ｎｓ转换时间）、２路ＳＣＩ、１路ＳＰＩ、１路ＭｃＢＳＰ、１路ｅＣＡＮ等，并带有两个事件管理模块（ＥＶＡ、ＥＶＢ），分别包括６路ＰＷＭ／ＣＭＰ、２路ＱＥＰ、３路ＣＡＰ、２路１６位定时器（或ＴｘＰＷＭ／ＴｘＣＭＰ）。另外，该器件还有３个独立的３２位ＣＰＵ定时器，以及多达５６个独立编程的ＧＰＩＯ引脚，可外扩大于１Ｍ×１６位程序和数据存储器。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２采用哈佛总线结构，具有密码保护机制，可进行双１６×１６乘加和３２×３２乘加操作，因而可兼顾控制和快速运算的双重功能。
通过对ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２定点ＤＳＰ芯片合理的系统配置和编程可实现快速运算，本文着重对此加以说明。
２ TMS320F2812基本系统配置
２．１ ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２时钟
ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的片上外设按输入时钟可分为如下４个组：
(１)ＳＹＳＯＵＴＣＬＫ组：包括ＣＰＵ定时器和ｅＣＡＮ总线，可由ＰＬＬＣＲ寄存器动态地修改；
(２)ＯＳＣＣＬＫ组：主要是看门狗电路，由ＷＤＣＲ寄存器设置分频系数；
(３)低速组：有ＳＣＩ、ＳＰＩ、ＭｃＢＳＰ，可由ＬＯＳＰＣＰ寄存器设置分频系数；
(４)高速组：包括ＥＶＡ／Ｂ、ＡＤＣ，可由ＨＩＳＰＣＰ寄存器设置分频系数。
为了使系统具有较快的工作速度，除了定时器和ＳＣＩ等少数需要低速时钟的地方，其它外设均可以１５０ＭＨｚ时钟工作。

２．２ 存储空间
图１所示是ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２的内部存储空间映射图。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２为哈佛（Ｈａｒｖａｒｄ）结构的ＤＳＰ，即在同一个时钟周期内可同时进行一次取指令、读数据和写数据的操作。在逻辑上有４Ｍ×１６位程序空间和４Ｍ×１６位数据空间，但物理上已将程序空间和数据空间统一为一个４Ｍ×１６位的存储空间，各总线按优先级由高到低的顺序为：数据写、程序写、数据读、程序读。其中由ＣＹ７Ｃ１０４１扩展的２５６ｋ×１６位ＳＡＲＡＭ位于Ｚｏｎｅ ６（０ｘ１０００００～０ｘ１３ＦＦＦＦ），存取时间不小于１２ｎｓ；１２８ｋ×１６位ＦＬＡＳＨ空间（０ｘ３Ｄ８０００～ ０ｘ３Ｆ７ＦＦＦ）取指时间不小于３６ｎｓ。为了尽可能提高器件的工作速度，在对FLASH寄存器编程使其在较高速度下工作的同时，可将时间要求比较严格的程序（如时延计算子程序、FIR滤波子程序等）、变量（如FIR滤波器系数、自适应算法的权向量等）各堆栈空间搬移到H0、L0、L1、M0、M1空间来运行。
2.3 中断
TMS320F28x系列DSP片上都有非常丰富的外设，每个片上外设均可产生1个或多个中断请求。中断由两级组成，其中一级是PIE中断，另一级是CPU中断。CPU中断有32个中断源，包括RESET、NMI、EMUINT、ILLEGAL、12个用户定义的软件中断USER1～USER12和16个可屏蔽中断（INT1～INT14、RTOSINT和DLOGINT）。所有软件中断均属于非屏蔽中断。由于CPU没有足够的中断源来管理所有的片上外设中断请求，所以在TMS320F28x系列DSP中设置了一个外设中断扩展控制器（PIE）来管理片上外设和外部引脚引起的中断请求。
PIE中断共有96个，被分为12个组，每组内有8个片上外设中断请求，96个片上外设中断请求信号可记为INTx.y(x=1,2,…，12;y=1,2,…,8)。每个组输出一个中断请求信号给CPU，即PIE的输出INTx(x=1,2,…,…12）对应CPU中断输入的INT1～INT12。TMS320F28x系列DSP的96个可能的PIE中断源中有45个被TMS320F2812使用，其余的被保留作以后的DSP器件使用。
ADC、定时器、SCI编程等均以中断方式进行，可提高CPU的利用率。
2.4 复位引导

图2所示是TMS320F2812的片上引导ROM空间映射。其此导程序配置在图2中的0x3FFC00～0x3FFFBF