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(jià)比的32位定點(diǎn)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(shí)間３６ｎｓ）,。其片上外設(shè)主要包括２×８路１２位ＡＤＣ（最快８０ｎｓ轉(zhuǎn)換時(shí)間）、２路ＳＣＩ,、１路ＳＰＩ,、１路ＭｃＢＳＰ、１路ｅＣＡＮ等,，并帶有兩個(gè)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(shí)器（或ＴｘＰＷＭ／ＴｘＣＭＰ）,。另外,，該器件還有３個(gè)獨(dú)立的３２位ＣＰＵ定時(shí)器，以及多達(dá)５６個(gè)獨(dú)立編程的ＧＰＩＯ引腳，可外擴(kuò)大于１Ｍ×１６位程序和數(shù)據(jù)存儲器,。ＴＭＳ３２０Ｆ２８１２采用哈佛總線結(jié)構(gòu),，具有密碼保護(hù)機(jī)制，可進(jìn)行雙１６×１６乘加和３２×３２乘加操作,，因而可兼顧控制和快速運(yùn)算的雙重功能,。
通過對TMS320F2812定點(diǎn)DSP芯片合理的系統(tǒng)配置和編程可實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算，本文著重對此加以說明,。
2 TMS320F2812基本系統(tǒng)配置
2. 1 TMS320F2812時(shí)鐘
TMS320F2812的片上外設(shè)按輸入時(shí)鐘可分為如下4個(gè)組：
(1)ＳＹＳＯＵＴＣＬＫ組：包括ＣＰＵ定時(shí)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(shè)置分頻系數(shù),；
(3)低速組：有ＳＣＩ、ＳＰＩ,、ＭｃＢＳＰ,，可由ＬＯＳＰＣＰ寄存器設(shè)置分頻系數(shù)；
(4)高速組：包括ＥＶＡ／Ｂ,、ＡＤＣ,，可由ＨＩＳＰＣＰ寄存器設(shè)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(shí)器和ＳＣＩ等少數(shù)需要低速時(shí)鐘的地方,，其它外設(shè)均可以150MHz時(shí)鐘工作。
2.2 存儲空間
圖1 所示是TMS320F2812的內(nèi)部存儲空間映射圖,。TMS320F2812為哈佛（Ｈａｒｖａｒｄ）結(jié)構(gòu)的DSP,，即在同一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)可同時(shí)進(jìn)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(gè)４Ｍ×１６位的存儲空間，各總線按優(yōu)先級由高到低的順序?yàn)椋簲?shù)據(jù)寫,、程序?qū)?、?shù)據(jù)讀、程序讀,。其中由ＣＹ７Ｃ１０４１擴(kuò)展的２５６ｋ×１６位ＳＡＲＡＭ位于Ｚｏｎｅ ６（０ｘ１０００００～０ｘ１３ＦＦＦＦ）,，存取時(shí)間不小于１２ｎｓ；１２８ｋ×１６位ＦＬＡＳＨ空間（０ｘ３Ｄ８０００～ ０ｘ３Ｆ７ＦＦＦ）取指時(shí)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(shí)，可將時(shí)間要求比較嚴(yán)格的程序（如時(shí)延計(jì)算子程序,、FIR濾波子程序等）,、變量（如FIR濾波器系數(shù),、自適應(yīng)算法的權(quán)向量等）各堆棧空間搬移到H0,、L0,、L1、M0,、M1空間來運(yùn)行,。
2.3 中斷
TMS320F28x系列DSP片上都有非常豐富的外設(shè)，每個(gè)片上外設(shè)均可產(chǎn)生1個(gè)或多個(gè)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(gè)中斷源,，包括RESET、NMI,、EMUINT,、ILLEGAL、12個(gè)用戶定義的軟件中斷USER1～USER12和16個(gè)可屏蔽中斷（INT1～I(xiàn)NT14,、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(shè)中斷請求,，所以在TMS320F28x系列DSP中設(shè)置了一個(gè)外設(shè)中斷擴(kuò)展控制器（PIE）來管理片上外設(shè)和外部引腳引起的中斷請求。
PIE中斷共有96個(gè),，被分為12個(gè)組,，每組內(nèi)有8個(gè)片上外設(shè)中斷請求，96個(gè)片上外設(shè)中斷請求信號可記為INTx.y(x=1,2,…,，12;y=1,2,…,8),。每個(gè)組輸出一個(gè)中斷請求信號給CPU，即PIE的輸出INTx(x=1,2,…,…12）對應(yīng)CPU中斷輸入的INT1～I(xiàn)NT12,。TMS320F28x系列DSP的96個(gè)可能的PIE中斷源中有45個(gè)被TMS320F2812使用,，其余的被保留作以后的DSP器件使用。
ADC,、定時(shí)器,、SCI編程等均以中斷方式進(jìn)行，可提高CPU的利用率,。
2.4 復(fù)位引導(dǎo)
圖2所示是TMS320F2812的片上引導(dǎo)ROM空間映射,。其此導(dǎo)程序配置在圖2中的0x3FFC00～0x3FFFBF,根據(jù)圖1，設(shè)置VMAP=1,，MP/MC=0,，ENPIE=0，復(fù)位向量指向片上0x3FFFC0，而片上0x3FFFC0中內(nèi)容為0x3FFC00,即指向圖2中的引導(dǎo)程序,。配置表2中的GPIOF4（SCITXDA）=1,，則轉(zhuǎn)向FLASH中的0x3F7FF6開始執(zhí)行程序，最后在0x3F7FF6片設(shè)置跳轉(zhuǎn)指令指向用戶程序的開始處,，以開始運(yùn)行用戶程序,。由于在實(shí)際應(yīng)用中使用了PIE中斷，因此,，在用戶應(yīng)用程序中,，應(yīng)首先初始化PIE中斷向量表，然后使能PIE,。
3 編程設(shè)計(jì)
編程是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)正常工作和快速運(yùn)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(diǎn)芯片實(shí)現(xiàn)快速運(yùn)算的關(guān)鍵用整數(shù)取代浮點(diǎn)數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理,。用C編譯器時(shí),，為產(chǎn)生最優(yōu)代碼，應(yīng)遵循以下原則：
(1)將除法轉(zhuǎn)換為乘法,，盡量使編譯器產(chǎn)生MAC指令,，以充分利用DSP的硬件乘法器資源進(jìn)行快速運(yùn)算，且應(yīng)使MAC的操作數(shù)為局部變量以分配到寄存器中（或到一個(gè)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(diào)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(chǎn)生重復(fù)指令RPT,。
3.1 ADC編程
TMS20F2812帶有兩個(gè)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(zhuǎn)換速率為80ns,，選用10kSPS采樣率，并采用EVA的定時(shí)器（0.1ms）自動觸發(fā)方式,，可同時(shí)采樣4個(gè)通道,，并采用每次轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷方式來紀(jì)錄采樣結(jié)果（右移4位）。
轉(zhuǎn)換結(jié)果=（212 -1）×（輸入的模擬信號-ADCLO）/3
ADC轉(zhuǎn)換時(shí),，首先初始化DSP系統(tǒng),，然后設(shè)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(shí)器，同時(shí)等待ADC中斷,，最后在ADC中斷中讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果,，并用軟件啟動下一次中斷,。
3.2 FIR濾波器編程
目標(biāo)信號對某些低頻干擾非常敏感，它將直接響應(yīng)到定位結(jié)果和數(shù)據(jù)的有效性,。為了在濾波后不影響時(shí)延數(shù)據(jù)的計(jì)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(chǎn)生,，并在變成整形然后固化到程序中,，這樣做（而不是單獨(dú)計(jì)算濾波器系數(shù)）的目的是為了實(shí)現(xiàn)快速濾波而不會過多增加整個(gè)測量系統(tǒng)定位計(jì)算的時(shí)間。
3.3 定位算法的移植
由于定位算法采用自適應(yīng)時(shí)延估計(jì)法,，因此計(jì)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(jì)算,，處理能力可達(dá)150MIPS，因而具有較高的性能,。但它是一款定點(diǎn)處理芯片,，需要使用定點(diǎn)算法來解決處理量大的問題。因此,，對初始數(shù)據(jù),、權(quán)矢量應(yīng)采用16位整形變量（Q=12：由ADC轉(zhuǎn)換精度決定），而循環(huán)計(jì)算中產(chǎn)生的中間結(jié)果則使用32位整形變量（Q=20：在結(jié)果不溢出的情況下盡量滿足計(jì)算精度）,；至于對三角函數(shù)等的運(yùn)算,，可用查表法并利用圖2中的表格來進(jìn)行快速計(jì)算。
C編譯器帶有浮點(diǎn)運(yùn)算庫,，因此可將浮點(diǎn)算法和定點(diǎn)算法的結(jié)果進(jìn)行比較,，對于4路各1024點(diǎn)數(shù)據(jù)處理，用浮點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)約需3.6秒,，而用定點(diǎn)算法只需1.3秒。
另外,，還可對算法進(jìn)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(nèi)存中；第二是采用FLASH加速技術(shù)（使能FOPT寄存器的ENPIPE位實(shí)現(xiàn)預(yù)指機(jī)制的FLASH流水線模式）,，這樣可以達(dá)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(hù)機(jī)制,，對FLASH寄存器進(jìn)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(shí)間要求比較荷記得的算法移植到內(nèi)存H0中,，可以達(dá)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(jié)束語
在計(jì)算量較大時(shí),，通常選用浮點(diǎn)DSP芯片。實(shí)際上,，為了充分利用定點(diǎn)DSP芯片的片上資源,，也能利用本文所介紹的方法選用定點(diǎn)芯片來達(dá)到較高的計(jì)算速度，這樣可節(jié)省硬件設(shè)計(jì)費(fèi)用和周期,，并降低功耗,。