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1、一种高性能浮点DSP芯片TMS320C6713及其 最小系统的设计TMS320C6713是美国德州仪器公司(TI )继TMS320C62X系列定点DSP芯片后开发的 一种32 bit新型浮点DSP芯片,该芯片的内部结构在TMS320C62X基础上改进，具有如下 革命性的特点：(1) 处理速度快，工作主频最高可达到300 MHz，峰值运算能力为2 400 MIPS/1 800 MFLOPS；(2) 硬件支持IEEE格式的32 bit单精度与64 bit双精度浮点操作；(3) 集成了 32x32 bit的乘法器，其结果可为32 bit或64 bit；(4) TMS320C62X指令无需任何改变即可
2、在TMS320C6713上运行。1结构特点TMS320C6713是TI新推出的高速浮点DSP，工作主频200 MHz，其单指令执行周期 仅5 ns；具有强大的定点浮点运算能力，运算速度可达1 600 MIPS/1 200 MFLOPS。与 TMS320其他系列DSPs相比，C6000系列DSPs最主要的特点是在体系结构上采用了 VelociTI超长指令字VLIW(Very long Instruction Word)结构，VLIW体系结构中，是由一 个超长的机器指令字来驱动内部的多个功能单元的(这也是VLIW名字的由来)。每个指 令字包含多个字段(指令)，字段之间相互独立，各自控制一个功能单元
3、，因此可以单周期 发射多条指令，实现很高的指令级并行效率。C6000的VLIW采用了类RISC指令集，使 用大统一的寄存器堆，结构规整，具有潜在的易编程性和良好的编译性能，在科学应用领域 可以发挥良好的性能。TMS320C6713是一种支持浮点运算的DSP芯片，是德州仪器公司设计的用于高端处理 的长指令、多功能的DSP芯片。其内部结构功能模块如图1所示，它主要包括中央处理器 CPU、片内存储器和片内集成外设3部分。1.1 CPU内核的功能单元TMS320C6713的CPU是最新采用VelociTI体系结构的DSP芯片。VelociTI是高性能、 先进的VLIW结构，多个功能单元并行工作，共享公
4、用的大型寄存器组，同时执行的各种 操作是由VLIW的长指令分配模块进行同步协调的，这种结构使其成为多通道、多功能以 及高性能应用的首选器件。CPU内核作为DSP芯片的运算和控制中心，包括以下几部分： (1)程序取指令单元、指令分配单元、指令译码单元;(2)2个数据通道A、B,每个通道中包括 一个由16个32 bit寄存器组成的寄存器组和4个功能单元：算术和逻辑运算单元(.L) 分支、位操作和算术运算单元(.S)3乘法操作单元(.M)装载/存储和算术单元(.D);(3) 控制寄存器;(4)控制逻辑;测试、在线仿真接口和中断控制。1.2片内存储器TMS320C6713的芯片内部存储器采用两级高速缓
5、存结构，如图1所示，包括：4 KB的 第一级高速程序缓存(L1P)、4 KB第一级高速数据缓存(L1D)、和第二级总共256 KB片 内存储容量(64 KB的L2统一缓存/映射RAM和192 KB的附加L2 RAM)。无论是TMS320C6713还是TMS320C6713B都应用了双层的Cache结构，对外具有强 有力的驱动能力。第一层为4 KB的程序缓冲区和可双向寻址的数据缓冲区，第二层有 256 KB的程序和数据缓冲区，其中64 KB为存储区，剩下为SRAM区，这种独特的二 级缓存结构大大提高了 CPU的工作效率。1.3片内集成外设TMS320C6713的芯片内部集成了许多外围设备接口，可
6、以方便地连接片外存储器、主机、 串行设备等外设。所有外部接口都是由一些信号线和控制寄存器组成，开发人员对接口设计 的主要工作就是完成接口连线和写控制寄存器两项工作，使得扩展外设变得更加容易。C6713片内集成的一个32 bit的外部存储器接口 EMIF(External Memory Interface)，可 以外扩8 bit、16 bit、32 bit并行存储器。内部的16个独立的扩展直接存储器访问通道 EDMA(Enhanced Direct-Memory-Access)大大提高了存储器访问的效率,EDMA面向实时 信号处理,可以在CPU后台高效完成存储空间中数据的转移,具有高效的传输速率
7、,C621x和 671X 的数据传输率可高达 1 200 MB/s。2 个 McASP(multichannel audio serial port)； 2 个 McBSP(multichannel buffered serial port)，可以模拟几乎所有形式的串行接口； 2个I2C 总线接口； 2个32 bit的通用定时器；16通道通用I/O 口 GPIO(general-purpose input/output)； 一个16 bit的主机接口 HPI(Host-Port Interface)；还包括程序和数据存储 器控制器、中断控制器、定时器、时钟发生器、PLL(锁相环控制发生器)及掉
8、电逻辑等功能 单元。2 TMS320C6713 DSP硬件最小系统设计TMS320C6713(主频225 MHz)是C67X系列中一款典型且应用广泛的DSP芯片，其硬件 最小系统所要完成的主要功能包括：进行基本信号采集、数据运算及数据、程序存储；音频 信号的采集、处理及输入、输出；与主机间的通信及数据、程序传输，同时配备了外部扩展 接口，方便对系统的功能扩展以实现更广泛的嵌入式应用。将以上主要功能分成如图2所 示的功能模块：音频处理模块、数据处理模块、电源转换供电模块。2.1音频处理模块在音频处理模块中，本系统采用TI公司生产的音频处理芯片TLV320AIC34，它是一款 高性能的立体声音频编
9、解码器，并同时集成了高度的模拟功能,再配以相关的辅助电路完成 音频信号的初始处理，它具有麦克风输入、音频线输入2种输入方式及音频线输出、扬声器 输出2种输出方式。音频处理芯片TLV320AIC34采集的音频信号经DSP芯片或其自身进 行一定的调制处理后传到计算机主机或直接由TLV320AIC34将DSP芯片处理过的信号传 送出去。2.2数据处理模块在数据处理模块中，系统中的DSP芯片、程序存储器和数据存储器3块芯片是整个模块 电路的核心。该模块的功能是使用DSP芯片的EMIF(外部存储器接口)，完成与外部数据存 储器(SDRAM )数据传输和程序存储器(FLASHROM)程序读写任务，实现数据
10、的实时计算 处理及存储；具有硬件中断和复位功能；并通过JTAG接口电路与硬件仿真器相连接后再接 到计算机主机，实现与计算机的数据通信；使用McBSP(多路缓冲串行口)完成串行数据接 收和发送工作，实现对音频处理模块的控制和数据交换功能。同时还对DSP芯片未使用的 引脚进行处理，将全部引出为日后功能的扩展提供基础。2.3电源供电模块在电源供电模块中，为实现硬件之间的良好匹配，本系统采用TI公司的2块电源芯片 TPS54350。它的输入电压为5 V,分别为音频处理模块和数据处理模块提供3.3 V电源电压 并为数据处理模块提供1.26 V芯片内核电压，同时具备掉电复位和电源电压无法达到额定 值时的自
11、动复位功能。3 TMS320C6713的硬件最小系统PCB设计注意事项3.1音频处理模块PCB设计注意事项音频处理模块主要完成音频信号的采集处理，TLV320AIC34音频处理芯片将采集到的信 号作初步处理，也可以将信号传送给DSP芯片由其作进一步的处理。元件布局走线时应注 意：(1)4个模拟信号的插头布置在电路板的边缘，对于每个通道传送过程中的电阻、电容要适 当置在对应的信号传输通道上。处理之后的信号在拉入音频芯片相应引脚时，走线距离不能 太远，以免受到不必要的干扰。(2)采用两层电路板走线，具体为在表层走模拟和数字信号，底层主要是用来进行大面积 铺地，起信号屏蔽作用。将模拟信号与数字信号完
12、全分开，分成两个不同的区域，避免相互 干扰。3.2数据处理模块PCB设计注意事项作为以DSP芯片为核心的高频数据处理模块，在进行PCB设计时更要谨慎，需要注意以 下几点：(1) 考虑到信号走线的顺利通畅，尽可能不受干扰，故在设计电路板层的布局时要分层， 为此设置2个电源层DSPIO_3.3 V、DSP_CVDD和一个接地层GND，另外设置3个信号 层并保证其都尽可能靠近接地层，从而使信号的传输质量效果最佳。(2) 在元件布局时，应尽量保证DSP芯片和存储器之间的距离尽可能近些，这样可以减少 制板费并避免走线过长导致信号线受到寄生电感的干扰而使信号的质量下降甚至完全失效。 所以采用的排阻也要尽可
13、能接近存储器，以保证信号可靠稳定。(3) 对于JTAG模块，它包含标准的14脚插座以及未使用的EMU2-EMU5引脚，仿真及 边界扫描工作模式的设定，将这3个部分全部以标准插座的形式引出，并尽可能放置在电路 板的一侧靠近边缘的地方。(4) 在走线过程中，尽可能保持信号线的长度近似相等，这样才会尽可能地保证信号传送 的同步性，避免出现延时现象。走线应尽可能向一个方向，尽量避免出现经常性的折返，以 防止传输信号的质量受到影响。其次是未用引脚的引出应依据其功能将其分为2个标准的 2X20的插座。3.3电源转换供电模块PCB设计注意事项电源转换供电模块主要提供DSPIO_3.3 V和DSP_CVDD
14、2种电压，设计时采用2层电 路板来实现电源转换供电模块的功能。具体是表层为电源、信号层走线，所有的信号布线尽 可能安排在表层，在底层走少量信号线。底层主要是作为接地层，并做大面积铺地处理，同 时表层要求接地的部分就近大量打孔，将接地信号直接就近连接底层作接地处理。依据其工 作原理，将5 V电压分为两路通道进行转换，走线时注意电源线和通道的走线宽度以达到承 受电流要求，同时也注意电磁噪声信号的干扰。TMS320C6713是美国德州仪器公司开发的新型浮点DSP芯片，具有非常高的运行速度、 集成度和良好的扩展性。由于其出色的运算能力、高效的指令集、智能外设、大容量的片内 存储器和大范围的寻址能力，适
15、合于对运算能力和存储量有高要求的应用场合。特别是在专 业音频产品、混频器、音频合成器、仪蜀放大器建模、音频会议和广播、生物辨识、医疗、 工业、数字成像、语音识别和分组等领域有着广泛的应用。参考文献1 Texas Instruments. TMS320C6713 hardware designers resource guideR. 2004.2 Texas Instruments.TMS32oC6ooo CPU and instruction set reference guideR. 2006.3 李方慧，王飞，何佩琨.TMS320C6000系列DSPs的原理与应用(第二版)M.北京:电子 工业出版社,2003.4 赵加祥.DSP系统设计和BIOS编程及应用实例M.北京:机械工业出版社,2007.5 刘志刚，黄峰.DSP最小应用系统的设计J.电子工程师.2006,32(2):33-36.6 卢钧，吴剑秋.高速DSP系统PCB板可靠性设计J.国外电子测量技术.2005(7)：5-7.
