高性能浮点DSP芯片TMS320VC33

只看该作者 · 2018-4-25 10:53

高性能浮点DSP芯片TMS320VC33

摘要：TMS320VC33是美国TI公司新推出的TMS320C3X系列新一代浮点式数字信号处理器。它以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。是通信、手机、MODEM、DVD、便携式仪器仪表中需要进行俘点运算应用中的一种理想的DSP器件。文中介绍了TMS320VC33的硬件结构、性能特点、指令系统、仿真工具和开发环境，最后给出了由TMS320VC33组成的最小应用系统。

　　关键词：数字信号处理器 TMS320VC33 浮点DSP

　　TMS320VC33是TI公司新推出的TMS320VC3X系列新一代浮点DSP。它是在原来的TMS320C31浮点DSP的基础上开发一个价格更低的版本（15US$），该产品以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。由于它采用了内部1.8V、外部3.3V供电，因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级，而且能支持高达150M/FLOPS的运行速率，是需浮点运行的便携式产品应用场合中的一种理想的DSP器件。

1 TMS320VC33的硬件结构

　　TMS320VC33采用144脚LQFP四边形封装。表1所列是其引脚号与引脚名称的对应关系表。图1是其功能结构图。它的主要性能如下：

表1 144脚LQFP封装的TMS320VC33引脚号码与引脚名称的对应关系表

引脚号	名称	引脚号	名称	引脚号	名称	引脚号	名称	引脚号	名称	引脚号	名称
1	A20	25	Vss	49	Vss	73	D15	97	Vss	121	INT1
2	Vss	26	A3	50	D31	74	D14	98	TCK	122	INT0
3	A19	27	A2	51	D30	75	D13	99	TDO	123	CVDD
4	A18	28	CVDD	52	D29	76	D12	100	TDI	124	EDGENIDE
5	A17	29	A1	53	DVDD	77	DVDD	101	CVDD	125	NCBK/MP
6	DVDD	30	A0	54	D28	78	D11	102	TMS	126	Vss
7	A16	31	DVDD	55	D27	79	D10	103	TRST	127	RESET
8	A15	32	PAG3	56	Vss	80	Vss	104	DR0	128	SHZ
9	Vss	33	PAG2	57	D26	81	D9	105	Vss	129	DVDD
10	A14	34	Vss	58	D25	82	D8	106	FSR0	130	EXTCLK
11	A13	35	PAG1	59	D24	83	CVDD	107	CLKR0	131	PLLVDD
12	CDDD	36	PAG0	60	DVDD	84	D7	108	DVDD	132	XOUT
13	A12	37	DVDD	61	D23	85	D6	109	CLKR0	133	XIN
14	A11	38	H1	62	D22	86	DVDD	110	FSX0	134	PLLVSS
15	DVDD	39	H3	63	Vss	87	D5	111	DX0	135	CLKMD1
16	A10	40	Vss	64	D21	88	D4	112	Vss	136	CLKMD0
17	A9	41	STRB	65	D20	89	Vss	113	TCLK1	137	CVDD
18	Vss	42	R/W	66	CVDD	90	D3	114	TCLK0	138	RSV1
19	A8	43	DVDD	67	D19	91	D2	115	DVDD	139	RSV0
20	A7	44	IACK	68	D18	92	D1	116	XF1	140	Vss
21	A6	45	RDY	69	DVDD	93	D0	117	XF0	141	A23
22	A5	46	CVDD	70	D17	94	DVDD	118	Vss	142	A22
23	DVDD	47	HOLD	71	D16	95	EMU1	119	INT3	143	DVDD
24	A4	48	HOLDA	72	Vss	96	EMU0	120	INT2	144	A21

●具有高速的浮点运算能力，其中TMS320VC33-150型在13ns单周期指令执行时间时为150MFLOPS和75MIPS；而TMS320VC33-120型在17ns单周期指令执行时间时为120MFLOPS；60MIPS；
●带有34k×32位（1.1M位）的片内双静态RAM，分为2个16k×32位块和2个1k×32位块；
●内含5倍频的锁相环（PLL）时钟发生器；
●低功耗，在150MFLOPS下运行时，功耗低于200mW。
●带有32位的高性能CPU;
●可进行16/32位整数和32/40位的浮点操作；
●具有四个内部译码页选，可大大简化与I/O及存储器的接口；
●带有启动程序装载功能；
●外部中断可选择边沿触发方式和电平触发方式；
●具有32位的指令字，24位的地址线；
●内含8个扩展精度寄存器；
●片内存储器可映射外设，其中包括一个串行口、2个32位定时器和一个DMA；
●采用TI公司的0.8μm Timeline TM制造技术；
●采用144管脚LQFP封装；
●带有2个地址发生器、8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术单元（ARAUs）；
●具有两个低功耗模式；
●支持2个或3个操作数指令；
●在一个单指令周期并行进行算术/逻辑单元（ALU）和乘法器运算；
●具有块重复功能；
●可零开销循环和单周期分支；
●具有条件调用和条件返回指令；
●总线控制寄存器配置选通控制等待状态数；
●采用1.8V内核，3.3V I/O供电；
●具有符合IEEE 1149标准的片内扫描仿真接口（JTAG）。
图2是TMS320VC33存储器映像图。

2 TMS320VC33的指令系统

　　除了个别在C32才有的外设和在C30才有的第二个外部端口以及第二串行口外，所有的C3XDSP代码都是兼容的，因此它们都是基于同样技术的浮点CPU。TMS320VC33的指令集就是以前的C3X指令集。共分为6个功能组：1.装入与存储指令；2.两操作数算术/逻辑运算指令；3.三操作数算术/逻辑运算指令；4.程序控制令；5.互锁操作指令；6.并行操作指令等。使用C3X指令集编程需注意以下几个问题：
　　（1）延时转移的使用
延时转移在单周期内执行，而通常的转移需要4个周期，不管转移发生与否，后面的三条指令总是要执行的。如果后面的指令少于三条，则使用延时转移时要再加上无操作指令（NOP），这样可以节省机器时间。
　　（2）单指令/指令块循环结构的使用
使用这种方式可以做到零开锁循环，不过要注意RPTS是不可中断的。
　　（3）并行指令的使用
在执行乘法时，可以并行执行加（减）；在做乘法或算术/逻辑运算时，可以并行行执行存储。以此来提高单周期内执行的操作个数。为了最大限度地提高效率，要注意并行指令中的寻址模式，并适当地安排数据。

　　（4）最大限度地使用寄存器
寄存器是访问存储器的有效途径。加强寄存器的使用，有助于使用并行指令，也有助于防止在各种寻址模式中使用寄存器　　时可能产生的流水冲突。
　　（5）高速缓存的使用
在与此同时片外慢速存储器连接时，高速缓存的使用显得特别重要。对于使用者来说，cache是透明的，只需将其使能即可。
　　（6）尽量使用片内存储器
片内存储器的访问速度要快得多。在单周期内存储器可以调出2个操作数，如果首先使用与CPU并行的DMA来将数据传入片内存储器，以可以最大限度地发挥其功能。
　　（7）避免流水作业时的冲突
在时间要求很苛刻的情况下，要确保不会因为冲突而丢失任何机器周期。为了验证冲突的存在，可在开发工具上（软、硬仿真器）对该程序进行跟踪，以及时确认流水作业的冲突，再经认真分析冲突的原因，进而解决有关问题。

3 仿真工具及开发环境

　　由于所有C3X DSP具有相同的CPU，所以'C30、'31或'32上的程序可以很方便地移植到VC33上来使用，也可以用现有的C3X开发工具来编写VC33程序。
TMS320C3X的开发工具有：
C3X软件仿真器；
C3X优化C编译/汇编器；
DSK（Design Starter Kit）；
评估板EVM（EVALUATION Module）；
XDS510'C3XC source dedugger SOFTWARE;
XDS510 emulator HARDWARE with JTAG;
C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO.
其中，C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO是一个集成的开发平台，具有编辑、汇编、编译、软硬件仿真调试功能，是一个界面非常友好、功能完善的开发软件.

4 最小应用系统

　　在采用TMS320VC33来组成应用系统时，首先要考虑TMS320VC33所具有的各种功能是否满足应用系统的要求，如能满足，则称这样的系统为最小系统.VC33由于其片内无ROM（或EPROM或FLASH），故其最小应用系统还应包括外接的EPROM或FALSH程序存储器芯片.当最小系统不能满足系统功能的要求时，需扩展ROM、ROM、I/O、A/D、D/A及其它所需的外围芯片.DSP最小系统还包括没有集成在芯片内的其它器件如晶体振荡电路、复位开发和电源管理芯片等。

　　图3为典型的TMS320VC33最小应用系统的电路原理图，利用该电路可以实时在线对TMS320VC33芯片系统仿真开发和学习研究，其中TPS73HD301用于向VC33提供3.3V和1.8V的电源信号，并由外部电路提供15MHz的时钟信号，当EDGEMODE接高电平时，为外部边沿触发中断方式；MCBL/MP引脚为高电平时可使VC33工作于微计算机自引导方式，在这种方式下，TMS320VC33可从JTAG仿真口直接设定装入程序运行，不过在应用系统由三个特定的地址装入程序（BOOT1，BOOT2，BOOT3）或从串口装入程序时，具体应用系统应视需要来设计确定。