基于C6201/C6701 DSP芯片开发嵌入式并行图像处理实时系统

　DSP是针对实时数字信号处理而设计的数字信号处理器，由于它具有计算速度快、体积小、功耗低的突出优点，非常适合应用于嵌入式实时系统。自世界上第一片通用D5P芯片TMS320C10于1982年在美国T1公司产生以来，DSP处理器便显示出强盛的生命力。短短二十多年，世界上许多公司便开发出各种规格的DSP处理器，并使它们在通信、自动控制、雷达、气象、导航、机器人等许多嵌入式实时领域得到了广泛应用。20世纪90年代后期美国TI公司推出的面向通讯领域的新一代32位的TMS320C6000系列DSP芯片（简称C6000）是目前世界上最先进的DSP处理器，其中C62XX和C64XX为通用32位定点系列DSP处理器，C67XX为通用32位浮点系列DSP处理器，其指令速度分别高达960～4800MIPS和600MFLOPS～1GFLOPS，可与早期的巨型计算机速度相媲美，且单芯片功耗小于1．5W、采用BGA封装（小型球栅阵列）、体积也很小（最大35mm×35mm×3．5mm）。因此，这些DSP处理器将在许多科技领域发挥重要作用。FLASH存储器是新型的可电擦除的非易失性只读存储器，属于EEPROM器件，与其它的ROM器件相比，其存储容量大、体积小、功耗低，特别是其具有在系统可编程擦写而不需要编程器擦写的特点，使它迅速成为存储程序代码和重要数据的非易失性存储器，成为嵌入式系统必不可少的重要器件。DSP与FLASH存储器的接口设计是嵌入式系统设计的一项重要技术，本文以基于三个C6201／C6701 DSP芯片开发成功的嵌入式并行图像处理实时系统为例，介绍这一设计技术。
　　1 C6201／C6701新一代DSP处理器
　　1．1 C6201／C6701的特点及外部存储器接口EMIF
　　C6201为通用32位定点DSP处理器，C6701为通用32位浮点DSP处理器，它们采用并行度很高的处理器结沟，从而具有许多突出的特点：
　　DSP核采用改进的超长指令字（VLIW）体系结构和多流水线技术，具有8个可并行执行的功能单元，其中6个为ALU，两个为乘法器，并分成相同功能的两组，在没有指令相关情况下，最高可同时执行8条并行指令； ·具有32个32位通用寄存器，并分成两组，每组16个，大大加快了计算速度；
　　片上集成了大容量的高速程序存储器和数据存储措，最高可以200Mbit／s的速度访问，并采用改进的多总线多存储体的哈佛结构。程序存储器为64K字节、256位宽．每个指令周期可读取8个指令字，还可灵活设置为高速CACHE使用；数据存储器采用双存储块，每个存储块又采用多个存储体，可灵活支持8／16／32位数据读写。C6701还可支持64位访问，每个时钟可访问双32位故据．C6701还可访问双64位IEEE双精度浮点数据； 片上集成了32位外部存储器接口EMIF，并且分成4个时序可编程的空间（CE0、CEl、CE2、CE3），可直接支持各种规格SDRAM（除CEl空间外）、SBSRAM、SRAM、ROM、FLASH、FIFO存储器。同时，CEl空间还可直接支持8／16位宽的异步存储器读访问，EMIF接口信号如图1所示；
　　
　　片上集成了4个主DMA控制器和一个辅助DMA控制器：
　　片上集成了两个32位多功能定时器；
　　片上集成了两个多通道通用串行通讯口；
　　片上集成了16位宿主机HPI端口，与EMIF端口一起。可支持构成并行多处理器系统；
　　片上集成的锁相循环PLL电路，具有4倍频外部时钟的功能，从而在外部可采用较低的时钟电路，而在片内可高频（120MHz、150MHz、167MHz、200MHz）地进行计算；
　　片上集成了符合IEEE标准的JTAG在系统仿真接口，大大方便了硬件调试；
　　具有一个复位中断，一个非屏蔽中断，4个边沿触发的可编程的可屏蔽中断；
　　双电源供电，内核电源为1．8V，外围设备电源为3．3V，功耗低于1．5W；
　　采用352BGA小型球栅阵列封装，体积很小；
　　具有丰富的适合数字运算处理的指令集，并且所有的指令为条件转移指令。
　　C6201／C6701高度的并行结构特点、高速的时钟频率使其具有高达1600MIPS和400MMAC的运算能力，比通常使用的DSP计算速度快十几倍，甚至几十倍，再加上其具有并行执行、多功能、多任务的能力和丰富的指令集以及体积小、功耗低、易于使用的特点，使它非常适合在嵌入式实时系统中应用；同时TI公司开发了高效的C编译器和多功能的集成开发系统CODE COMPOSER STUDIO（简称CCS）以及高性能的仿真器，大大简化程序代码的编写与调试。
　　1．2 C620I／06701的引导工作方式
　　在加电后，C6201／C6701可采用直接从零地址（只能为外部存储器）开始执行程序的不引导方式工作；也可采用辅助DMA先自动从宿主机HPI端口或外部CEl空间（8／16／32位ROM）加载64K字节程序至零地址（片上存站器或外部存储器），然后再从零地址开始执行程序的引导方式工作。C6201／C6701的这些工作方式由上电复位时5个引导方式管脚BOOTMODE［4：0］的信号电平决定，这些电平信号还决定地址映射方式是采用某种类型、速度的外部存储器为零地址的MAPO方式，还是采用片上程序存储器为零地址D6 MAPl方式。这种结构特点大大增加了系统设计的灵活性。在引导工作方式中，当零地址为片上程序存储器时，程序直接从高速256位宽的片上程宇存储器并行执行，能充分发挥DSP的高速性能；而其它工作方式中，程序是从外部慢速32位宽的存储器开始出行执行。因此，基于C6000的嵌入式系统一般采用引导三片上程序存储器执行的工作方式，如表1所示。