1 TMS320F2812簡介
TMS320F2812是TI公司的一款用于控制的高性能,、多功能、高性價比的32位定點DSP芯片,。該芯片兼容ＴＭＳ３２０ＬＦ２４０７指令系統(tǒng)最高可在１５０ＭＨｚ主頻下工作,，并帶有１８ｋ×１６位０等待周期片上ＳＲＡＭ和１２８ｋ×１６位片上ＦＬＡＳＨ（存取時間３６ｎｓ）。其片上外設主要包括２×８路１２位ＡＤＣ（最快８０ｎｓ轉換時間）,、２路ＳＣＩ,、１路ＳＰＩ,、１路ＭｃＢＳＰ、１路ｅＣＡＮ等,，并帶有兩個事件管理模塊（ＥＶＡ,、ＥＶＢ），分別包括６路ＰＷＭ／ＣＭＰ,、２路ＱＥＰ,、３路ＣＡＰ、２路１６位定時器（或ＴｘＰＷＭ／ＴｘＣＭＰ）,。另外,，該器件還有３個獨立的３２位ＣＰＵ定時器，以及多達５６個獨立編程的ＧＰＩＯ引腳,，可外擴大于１Ｍ×１６位程序和數(shù)據(jù)存儲器,。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２采用哈佛總線結構，具有密碼保護機制,，可進行雙１６×１６乘加和３２×３２乘加操作,，因而可兼顧控制和快速運算的雙重功能。
通過對TMS320F2812定點DSP芯片合理的系統(tǒng)配置和編程可實現(xiàn)快速運算,，本文著重對此加以說明,。
2 TMS320F2812基本系統(tǒng)配置
2. 1 TMS320F2812時鐘
TMS320F2812的片上外設按輸入時鐘可分為如下4個組：
(1)ＳＹＳＯＵＴＣＬＫ組：包括ＣＰＵ定時器和ｅＣＡＮ總線，可由ＰＬＬＣＲ寄存器動態(tài)地修改,；
(2)ＯＳＣＣＬＫ組：主要是看門狗電路,，由ＷＤＣＲ寄存器設置分頻系數(shù)；
(3)低速組：有ＳＣＩ,、ＳＰＩ,、ＭｃＢＳＰ，可由ＬＯＳＰＣＰ寄存器設置分頻系數(shù),；
(4)高速組：包括ＥＶＡ／Ｂ,、ＡＤＣ，可由ＨＩＳＰＣＰ寄存器設置分頻系數(shù),。
為了使系統(tǒng)具有較快的工作速度,，除了定時器和ＳＣＩ等少數(shù)需要低速時鐘的地方，其它外設均可以150MHz時鐘工作,。
2.2 存儲空間
圖1 所示是TMS320F2812的內部存儲空間映射圖,。TMS320F2812為哈佛（Ｈａｒｖａｒｄ）結構的DSP，即在同一個時鐘周期內可同時進行一次取指令,、讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)的操作,。在邏輯上有４Ｍ×１６位程序空間和４Ｍ×１６位數(shù)據(jù)空間，但物理上已將程序空間和數(shù)據(jù)空間統(tǒng)一為一個４Ｍ×１６位的存儲空間,，各總線按優(yōu)先級由高到低的順序為：數(shù)據(jù)寫,、程序寫,、數(shù)據(jù)讀、程序讀,。其中由ＣＹ７Ｃ１０４１擴展的２５６ｋ×１６位ＳＡＲＡＭ位于Ｚｏｎｅ ６（０ｘ１０００００～０ｘ１３ＦＦＦＦ）,，存取時間不小于１２ｎｓ；１２８ｋ×１６位ＦＬＡＳＨ空間（０ｘ３Ｄ８０００～ ０ｘ３Ｆ７ＦＦＦ）取指時間不小于３６ｎｓ,。為了盡可能提高器件的工作速度,，在對FLASH寄存器編程使其在較高速度下工作的同時，可將時間要求比較嚴格的程序（如時延計算子程序,、FIR濾波子程序等）、變量（如FIR濾波器系數(shù),、自適應算法的權向量等）各堆?？臻g搬移到H0、L0,、L1,、M0、M1空間來運行,。
2.3 中斷
TMS320F28x系列DSP片上都有非常豐富的外設,，每個片上外設均可產生1個或多個中斷請求。中斷由兩級組成,，其中一級是PIE中斷,，另一級是CPU中斷。CPU中斷有32個中斷源,，包括RESET,、NMI、EMUINT,、ILLEGAL,、12個用戶定義的軟件中斷USER1～USER12和16個可屏蔽中斷（INT1～INT14、RTOSINT和DLOGINT）,。所有軟件中斷均屬于非屏蔽中斷,。由于CPU沒有足夠的中斷源來管理所有的片上外設中斷請求，所以在TMS320F28x系列DSP中設置了一個外設中斷擴展控制器（PIE）來管理片上外設和外部引腳引起的中斷請求,。
PIE中斷共有96個,，被分為12個組，每組內有8個片上外設中斷請求,，96個片上外設中斷請求信號可記為INTx.y(x=1,2,…,，12;y=1,2,…,8)。每個組輸出一個中斷請求信號給CPU,，即PIE的輸出INTx(x=1,2,…,…12）對應CPU中斷輸入的INT1～INT12,。TMS320F28x系列DSP的96個可能的PIE中斷源中有45個被TMS320F2812使用,，其余的被保留作以后的DSP器件使用。
ADC,、定時器,、SCI編程等均以中斷方式進行，可提高CPU的利用率,。
2.4 復位引導
圖2所示是TMS320F2812的片上引導ROM空間映射,。其此導程序配置在圖2中的0x3FFC00～0x3FFFBF,根據(jù)圖1，設置VMAP=1,，MP/MC=0,，ENPIE=0，復位向量指向片上0x3FFFC0,，而片上0x3FFFC0中內容為0x3FFC00,即指向圖2中的引導程序,。配置表2中的GPIOF4（SCITXDA）=1，則轉向FLASH中的0x3F7FF6開始執(zhí)行程序,，最后在0x3F7FF6片設置跳轉指令指向用戶程序的開始處,，以開始運行用戶程序。由于在實際應用中使用了PIE中斷,，因此,，在用戶應用程序中，應首先初始化PIE中斷向量表,，然后使能PIE,。
3 編程設計
編程是實現(xiàn)系統(tǒng)正常工作和快速運算必不可少的重要環(huán)節(jié)。在系統(tǒng)配置合理的條件下,，用定點芯片實現(xiàn)快速運算的關鍵用整數(shù)取代浮點數(shù)進行計算處理,。用C編譯器時，為產生最優(yōu)代碼,，應遵循以下原則：
(1)將除法轉換為乘法,，盡量使編譯器產生MAC指令，以充分利用DSP的硬件乘法器資源進行快速運算,，且應使MAC的操作數(shù)為局部變量以分配到寄存器中（或到一個累加器中）,。
(2)盡可能使用靜態(tài)直接插入函數(shù)，以節(jié)省函數(shù)調用的額外開銷,。
(3)對FOR循環(huán)的上限,，使用常數(shù)或具有常數(shù)屬性的變量可產生重復指令RPT。
3.1 ADC編程
TMS20F2812帶有兩個8選1多路切換器和雙采樣/保持器的12位ADC,，模擬量輸入范圍為0～3V,，最快轉換速率為80ns，選用10kSPS采樣率,，并采用EVA的定時器（0.1ms）自動觸發(fā)方式,，可同時采樣4個通道,，并采用每次轉換結束的中斷方式來紀錄采樣結果（右移4位）。
轉換結果=（212 -1）×（輸入的模擬信號-ADCLO）/3
ADC轉換時,，首先初始化DSP系統(tǒng),，然后設置PIE中斷矢量表，再初始化ADC模塊,，接著將ADC中斷的入口地址裝入中斷矢量表并開中斷,，然后再啟動0.1ms定時器，同時等待ADC中斷,，最后在ADC中斷中讀取ADC轉換結果,，并用軟件啟動下一次中斷。
3.2 FIR濾波器編程
目標信號對某些低頻干擾非常敏感,，它將直接響應到定位結果和數(shù)據(jù)的有效性,。為了在濾波后不影響時延數(shù)據(jù)的計算，可采用線性相位的FIR濾波器,。濾波器系數(shù)h(i)用MATLAB的產生，并在變成整形然后固化到程序中,，這樣做（而不是單獨計算濾波器系數(shù)）的目的是為了實現(xiàn)快速濾波而不會過多增加整個測量系統(tǒng)定位計算的時間,。
3.3 定位算法的移植
由于定位算法采用自適應時延估計法，因此計算量非常龐大,，對DSP芯片性能要求較高,。TMS320F2812具有32位硬件乘法器和累加器，其RPT指令非常適合循環(huán)計算,，處理能力可達150MIPS,，因而具有較高的性能。但它是一款定點處理芯片,，需要使用定點算法來解決處理量大的問題,。因此，對初始數(shù)據(jù),、權矢量應采用16位整形變量（Q=12：由ADC轉換精度決定）,，而循環(huán)計算中產生的中間結果則使用32位整形變量（Q=20：在結果不溢出的情況下盡量滿足計算精度）；至于對三角函數(shù)等的運算,，可用查表法并利用圖2中的表格來進行快速計算,。
C編譯器帶有浮點運算庫，因此可將浮點算法和定點算法的結果進行比較,，對于4路各1024點數(shù)據(jù)處理,，用浮點算法實現(xiàn)約需3.6秒，而用定點算法只需1.3秒,。
另外,，還可對算法進行優(yōu)化,。第一是將經(jīng)常使用的中間變量配置到等待周期為0的內存中；第二是采用FLASH加速技術（使能FOPT寄存器的ENPIPE位實現(xiàn)預指機制的FLASH流水線模式）,，這樣可以達到100～120MIPS的處理能力,，大大高于其本身36ns的讀取能力。需要注意的是,，由于TMS320F2812的保護機制,，對FLASH寄存器進行存取的這段程序必須搬移到L0、L1中執(zhí)行,。盡管這樣,，將這段對時間要求比較荷記得的算法移植到內存H0中，可以達到最高150MIPS的處理速度,，并能使用函數(shù)memcpy()完成程序的搬移,。
4 結束語
在計算量較大時，通常選用浮點DSP芯片,。實際上,，為了充分利用定點DSP芯片的片上資源，也能利用本文所介紹的方法選用定點芯片來達到較高的計算速度,，這樣可節(jié)省硬件設計費用和周期,，并降低功耗。