F2812的時(shí)鐘和控制系統(tǒng)

F2812的時(shí)鐘和控制系統(tǒng) 眾所周知，支撐我們身體四肢能夠靈活運(yùn)動(dòng)的能量來(lái)源于心臟，正是心臟不停的有規(guī)律的跳動(dòng)給身體的各個(gè)機(jī)能供血，我們才能去做任意我們想做的事情。如果我們的身體過(guò)度疲勞，或者感染了細(xì)菌病毒而生病了，這個(gè)時(shí)候就會(huì)有醫(yī)生來(lái)給我們檢查身體，并且進(jìn)行治療。其實(shí)DSP也一樣，需要一個(gè)類(lèi)似于心臟的模塊來(lái)提供其正常運(yùn)行的動(dòng)力和節(jié)奏。在這一章里面，我們一起來(lái)學(xué)習(xí)F2812的“心臟”F2812的振蕩器、鎖相環(huán)PLL和時(shí)鐘機(jī)制。除此之外還要學(xué)習(xí)給DSP做“身體檢查”，以維持其正常工作的看門(mén)狗模塊。1、振蕩器OSC（Oscillator）和鎖相環(huán)PLL（Phase Locked Logic） 為了能夠讓F2812能夠按部就班的執(zhí)行相應(yīng)的代碼，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能，他需要不斷的規(guī)律的時(shí)鐘脈沖，而這一功能就由F2812內(nèi)部的振蕩器OSC和基于PLL的時(shí)鐘模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。在這里簡(jiǎn)單的介紹一下究竟振蕩器OSC和鎖相環(huán)PLL是什么：振蕩器OSC： 一種能量轉(zhuǎn)換裝置，將直流電能轉(zhuǎn)換為具有一定頻率的交流電能。鎖相環(huán)PLL： 鎖相環(huán)也叫相同步邏輯，用途是在收、發(fā)通信雙方建立載波同步或位同步。因?yàn)樗墓ぷ鬟^(guò)程是一個(gè)自動(dòng)頻率（相位）調(diào)整的閉合環(huán)路，所以叫環(huán)。讓我們來(lái)看一下整體的圖：圖1 2812芯片內(nèi)的OSC和PLL模塊 如上圖所示，F(xiàn)2812上有基于PLL的時(shí)鐘模塊，為器件及各種外設(shè)提供時(shí)鐘信號(hào)。鎖相環(huán)中有4位倍頻設(shè)置位，以此來(lái)提供各種速度的時(shí)鐘信號(hào)。基于PLL的時(shí)鐘模塊可以采用兩種操作模式：（1）內(nèi)部振蕩器：在PLL未被禁止的情況下，使用外部晶振給2812提供時(shí)鐘信號(hào)，則必須使用X1/XCLKIN引腳和X2引腳，在這兩引腳之間連接一個(gè)石英晶體，即外部晶振。（2）外部時(shí)鐘源：在PLL被禁止的情況下，旁路片內(nèi)振蕩器，由外部時(shí)鐘源提供時(shí)鐘信號(hào)，這時(shí)候講外部振蕩器的信號(hào)直接輸入到X1/XCLKIN引腳上，此時(shí)X2引腳不使用。 外部引腳可以選擇系統(tǒng)的時(shí)鐘源。當(dāng)為低電平時(shí)，系統(tǒng)直接采用時(shí)鐘或晶振直接作為系統(tǒng)時(shí)鐘；當(dāng)為高電平時(shí)，外部時(shí)鐘經(jīng)過(guò)PLL倍頻后，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘。系統(tǒng)可以通過(guò)鎖相環(huán)控制寄存器來(lái)選擇鎖相環(huán)的工作模式和倍頻的系數(shù)。下面的表格列出了各種PLL的配置模式下，時(shí)鐘輸入信號(hào)XCLKIN和時(shí)鐘模塊輸出信號(hào)，即送至CPU的信號(hào)CLKIN之間的關(guān)系：PLL模塊功能描述CLKINPLL被禁止上電復(fù)位時(shí)如果引腳是低電平，則PLL完全被禁止。此時(shí)，輸入CPU的時(shí)鐘是由外部振蕩器直接通過(guò)X1/XCLKIN引腳輸入的信號(hào)。XCLKINPLL旁路如果PLL未處于不使能的狀態(tài)，上電默認(rèn)的PLL配置（PLLCR的值為0）。PLL自身被旁路，從X1/XCLKIN引腳輸入的時(shí)鐘信號(hào)先除以2，然后再送去CPU。XCLKIN/2PLL使能通過(guò)給PLLCR寄存器寫(xiě)一個(gè)不為0的值來(lái)實(shí)現(xiàn)PLL的使能，時(shí)鐘信號(hào)需要進(jìn)入PLL模塊進(jìn)行n倍頻，然后再除以2，最后送至CPU。（XCLKIN*n）/2 鎖相環(huán)PLL中有鎖相環(huán)控制寄存器PLLCR，作用是用來(lái)選擇鎖相環(huán)的工作模式和倍頻的系數(shù)。上面提到過(guò)鎖相環(huán)中有4位倍頻設(shè)置位DIV，即為03位，往里面寫(xiě)入00001010用來(lái)確定倍頻的系數(shù)，其他為保留。鎖相環(huán)控制寄存器PLLCR如下：15 4 3 0保留DIV 在PLL模式中，平常使用的是PLL使能模式，從圖1可以看到，通常采用30M的晶振來(lái)給2812提供時(shí)基。當(dāng)PLLCR的DIV位被置為最大值1010的時(shí)候，CPU的時(shí)鐘將達(dá)到150MHz，是2812所能支持的最大時(shí)鐘頻率，這也是為什么我們會(huì)選用30M晶振的原因。時(shí)鐘頻率具體的計(jì)算如下所示：晶振為30M，PLLCR的DIV位被置為1010時(shí)的時(shí)鐘頻率CLKIN=（OSCLKIN*10）/2=（30M*10）/2=150MHz2、2812芯片中各種時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生情況 2812芯片內(nèi)各種時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生情況如圖2所示。CLKIN是經(jīng)過(guò)PLL模塊后送往CPU的時(shí)鐘信號(hào)，進(jìn)過(guò)CPU分發(fā)，作為SYSCLKOUT送至各個(gè)外設(shè)。因此，SYSCLKOUT=CLKIN。圖2 2812芯片內(nèi)各種時(shí)鐘信號(hào)的產(chǎn)生情況 我們?cè)谑褂?812開(kāi)發(fā)的時(shí)候，通常會(huì)用到一些外設(shè)，例如SCI，EV，AD等，要使得這些外設(shè)工作，首先的就是向其提供時(shí)鐘信號(hào)。因此，我們?cè)傧到y(tǒng)初始化的時(shí)候，就需要對(duì)使用到的各個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘進(jìn)行使能，在這里和時(shí)鐘使能相關(guān)的寄存器是外設(shè)時(shí)鐘控制寄存器PCLKCR。PCLKCR控制各種時(shí)鐘的工作狀態(tài)，使能或禁止相關(guān)外設(shè)時(shí)鐘，而PCLKCR各位的分配如下所示：15 14 13 12 11 10 9 保留ECANENCLK保留MCBSPENCLKSCIBENCLKSCIAENCLK保留 8 7 4 3 2 1 0SPIENCLK保留ADCENCLK保留EVBENCLKEVAENCLK 對(duì)PCLKCR中各種外設(shè)時(shí)鐘有了基本的了解后，那么究竟是如何對(duì)項(xiàng)目中所需要的各個(gè)外設(shè)的時(shí)鐘進(jìn)行使能的呢？假設(shè)要做的項(xiàng)目中用到了EVA、SCIB、SPI、AD這4個(gè)外設(shè)，那么就需要按照下面的程序?qū)@4個(gè)外設(shè)進(jìn)行時(shí)鐘的使能。使能外設(shè)時(shí)鐘SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.EVAENCLK=1;SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SCIBENCLK=1;SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.SPIENCLK=1;SysCtrlRegs.PCLKCR.bit.ADCENCLK=1; 從圖2中也能看到，SYSCLKOUT信號(hào)經(jīng)過(guò)低速外設(shè)時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)寄存器LOSPCP（取值范圍07，即000111）變成了LSPCLK，提供給低速外設(shè)SCIA、SCIB、SPI、McBSP；SYSCLKOUT信號(hào)經(jīng)過(guò)高速外設(shè)時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)寄存器HISPCP（取值范圍07，即000111）變成了HSPCLK，提供給高速外設(shè)EVA、EVB、ADC。他們各位的分配如下：高速外設(shè)時(shí)鐘設(shè)置寄存器HISPCP15 3 2 0保留HSPCLK低速外設(shè)時(shí)鐘設(shè)置寄存器LOSPCP15 3 2 0保留LSPCLK 在各個(gè)外設(shè)實(shí)際使用時(shí)鐘的時(shí)候，LSPCLK或者HSPCLK需要經(jīng)過(guò)各個(gè)外設(shè)自己的時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)，如果外設(shè)自己的時(shí)鐘預(yù)定標(biāo)位的值為0的話，則外設(shè)實(shí)際使用的時(shí)鐘就是LSPCLK或者HSPCLK。LSPCLK計(jì)算公式LOSPCP=0，LSPCLK=SYSCLKOUTLOSPCP=17，LSPCLK=SYSCLKOUT/（2*LOSPCP）HSPCLK計(jì)算公式HOSPCP=0，HSPCLK=SYSCLKOUTHOSPCP=17，HSPCLK=SYSCLKOUT/（2*HISPCP） 通過(guò)上面的2個(gè)計(jì)算公式，可能會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)，LSPCLK的值有沒(méi)有可能會(huì)比HSPCLK的值大？也就是說(shuō)提供給低速外設(shè)的時(shí)鐘頻率反而比提供給高速外設(shè)的時(shí)鐘頻率來(lái)的快？從上面的LSPCLK和HSPCLK的計(jì)算公式可以看出，這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率是獨(dú)立無(wú)關(guān)的，各自分別取決于LOSPCP或者HISPCP的值，和其他因素沒(méi)有關(guān)系。當(dāng)我們給LOSPCP寄存器所賦的值小于給HISPCP寄存器所賦的值時(shí)，LOSPCP的值就會(huì)大于HSPCP的值。雖然這完全取決于我們對(duì)于寄存器的初始化，但是一般情況下，也不會(huì)讓這樣的情況出現(xiàn)的，因?yàn)榈退偻庠O(shè)所需要的時(shí)鐘畢竟要比高速外設(shè)所需要的時(shí)鐘慢些，否則就沒(méi)有必要區(qū)分高低速了，當(dāng)然這些定義也都是相對(duì)而言的。3、看門(mén)狗（Watch Dog） 在學(xué)習(xí)DSP看門(mén)狗之前，先讓我們來(lái)了解一下MCU（Microprocessor Control Unit 微處理器單元）中看門(mén)狗的原理，以便我們能更好的理解DSP中看門(mén)狗，因?yàn)閮烧咧g的原理是類(lèi)似的。MCU中看門(mén)狗的原理 在有MCU構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱“看門(mén)狗”。 看門(mén)狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作，其工作原理是：看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè)I/O引腳相連，該I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平（或低電平），這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí)，寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行，這個(gè)時(shí)候，看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào)，便在他和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位，即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行，這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。 看門(mén)狗，又叫watchdog timer，是一個(gè)定時(shí)器電路，一般有一個(gè)輸入，叫喂狗（kicking the dog or service the dog），一個(gè)輸出到MCU的RST端，MCU正常工作的時(shí)候，每隔一段時(shí)間輸出一個(gè)信號(hào)到喂狗端，給WDT清零，如果超過(guò)規(guī)定的時(shí)間不喂狗（一般在程序跑飛時(shí)），WDT定時(shí)超過(guò)，就會(huì)給出一個(gè)復(fù)位信號(hào)到MCU，使MCU復(fù)位。防止MCU死機(jī)。看門(mén)狗的作用就是防止程序發(fā)生死循環(huán)，或者說(shuō)程序跑飛。圖3 看門(mén)狗功能框圖 2812中的看門(mén)狗原理和上面講訴的MCU的看門(mén)狗原理是類(lèi)似的，其作用是為DSP的運(yùn)行情況進(jìn)行“把脈”，一旦發(fā)現(xiàn)程序跑飛或者狀態(tài)不正常便立即使DSP復(fù)位。 為了實(shí)現(xiàn)看門(mén)狗的各項(xiàng)功能，需要準(zhǔn)備設(shè)置其內(nèi)部的3個(gè)功能寄存器，而這3個(gè)功能寄存器分別是看門(mén)狗計(jì)數(shù)寄存器WDCNTR、看門(mén)狗復(fù)位寄存器WDKEY、看門(mén)狗控制寄存器WDCR。看門(mén)狗計(jì)數(shù)寄存器WDCNTR15 8 7 0保留WDCNTR 在這里可以看到計(jì)數(shù)器一共有8位，當(dāng)這個(gè)8位的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到最大值256時(shí)，看門(mén)狗模塊就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖，脈沖寬度為512個(gè)振蕩器時(shí)鐘周期。可能有疑問(wèn)為什么要產(chǎn)生一個(gè)512倍振蕩器時(shí)鐘周期的寬脈沖信號(hào)？因?yàn)樾枰莾?nèi)核復(fù)位的信號(hào)和要喚醒處理器的中斷信號(hào)的有效時(shí)間遠(yuǎn)大于振蕩器的時(shí)鐘周期。 為了防止看門(mén)狗加法計(jì)數(shù)器WDCNTR溢出，不想產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這里我們通?？梢圆捎脙煞N方法：（1）禁止看門(mén)狗，也即為屏蔽計(jì)數(shù)器，使得計(jì)數(shù)器WDCNTR無(wú)效。則下面我們介紹另外一個(gè)寄存器?？撮T(mén)狗控制寄存器WDCR15 8 7 6 5 3 2 0保留WDFLAGWDDISWDCHKWDPS 禁止看門(mén)狗，則只需要在WDCR中的WDDIS位置1即可，相反置0為使能看門(mén)狗。跟著我們介紹其他功能位的作用：看門(mén)狗復(fù)位狀態(tài)標(biāo)識(shí)位WDFLAG，如果置為1，則表示看門(mén)狗復(fù)位滿足了復(fù)位條件；如果置為0，則表示外部器件或上電復(fù)位條件。WDCHK必須置為101，因?yàn)閷?xiě)其他任何值都會(huì)引起器件內(nèi)核的復(fù)位，不過(guò)這一條件的實(shí)現(xiàn)要在看門(mén)狗已經(jīng)使能的情況下。最后看門(mén)狗預(yù)定標(biāo)器WDPS，這里跟上面所學(xué)到的高低速預(yù)定標(biāo)器是相同的道理，作用是配置看門(mén)狗計(jì)數(shù)時(shí)鐘WDCLK的。WDCLK計(jì)算公式OSCCLK振蕩時(shí)鐘信號(hào)WDPS=0，WDCLK=OSCCLK/512/1WDPS=17，WDCLK=OSCCLK/512/（2）定期進(jìn)行“喂狗”，即通過(guò)軟件周期性地向看門(mén)狗復(fù)位寄存器中WDKEY位寫(xiě)進(jìn)“0x55+0xAA”，緊跟著0x55寫(xiě)入0xAA能夠清除WDCNTR，寫(xiě)任何其他的值都會(huì)使看門(mén)狗立即復(fù)位?？撮T(mén)狗復(fù)位寄存器WDKEY15 8 7 0保留WDKEY4、如何寫(xiě)系統(tǒng)初始化函數(shù) 要使得2812能夠工作，我們?cè)谏想婇_(kāi)始的時(shí)候就需要對(duì)2812進(jìn)行系統(tǒng)初始化，以提供其正常運(yùn)行的基本條件，例如分配時(shí)鐘信號(hào)。 系統(tǒng)初始化函數(shù)InitSysCtrl一般在工程的DSP28_SysCtrl.c文件中。系統(tǒng)初始化函數(shù)分析Void InitSysCtrl(void) Uint16 i; /定義16位int類(lèi)型的變量i EALLOW; /允許訪問(wèn)受EALLOW保護(hù)的寄存器 /On TMX samples , to get the best performance of on chip RAM blocks M0/M1/L0/L1/H0 /internal control registers bit have to be enabled . The bits are in Device emulation registers . /在TMX采樣時(shí)，為了能夠使得片內(nèi)RAM模塊M0/M1/L0/L1/H0能夠獲得最好的性能，/控制寄存器的位必須使能，這些位在設(shè)備硬件仿真寄存器內(nèi)。 DevEmuRegs.M0RAMDFT = 0x0300; /固定格式 DevEmuRegs.M1RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.L0RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.L1RAMDFT = 0x0300; DevEmuRegs.H0RAMDFT = 0x0300; /Disable watchdog module /禁止看門(mén)狗模塊 SysCtrlRegs.WDCR = 0x0068; /禁止看門(mén)狗,WDDIS位置1 /Initalize PLL /設(shè)置PLL SysCtrlRegs.PLLCR = 0xA; /使2812所能支持的最大時(shí)鐘頻率，如果外部晶振為/30MHz，則SYSCLKOUT=（30M*10）/2=150MHz /Wai