第2章 TMS320C2000系列DSP芯片的基本結構及性能

1、 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.1 2.1 C28x Piccolo系列基本結構及性能系列基本結構及性能 2.1.1 F2802x系列系列 2.1.2 F2803x系列系列 2.1.3 F2805x系列系列 2.1.4 F2806x系列系列 2.2 2.2 C28x Delfino系列基本結構及性能系列基本結構及性能 2.2.1 F2833x系列系列 2.2.2 C2834x系列系列 2.2.3 F2837xD系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.3 2.3 Concerto系列基本結構及性能系列基本結構及性能 2.3.1 F28M35x系列系列 2

2、.3.2 F28M36x系列系列2.4 2.4 C28x Delfino系列基本結構及性能系列基本結構及性能 2.4.1 TMS320F281x系列系列DSP的主要性能的主要性能 2.4.2 TMS320F2812DSP的功能結構圖及片內外設的功能結構圖及片內外設 2.4.3 TMS320F2812DSP的引腳分布及功能的引腳分布及功能安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 C2000是一種注重實時控制應用的微控制器系列，應用是一種注重實時控制應用的微控制器系列，應用范圍包括數(shù)字電源、數(shù)字電機控制、位置傳感、汽車雷達等。范圍包括數(shù)字電源、數(shù)字電機控制、位置傳感、汽車雷達等。C2000

3、器件核心是一個器件核心是一個32位位C28x CPU，其頻率范圍介于，其頻率范圍介于40-400MHz之間，外加浮點單元，部分器件還配有控制律加速器之間，外加浮點單元，部分器件還配有控制律加速器（CLA），它實際上成為與），它實際上成為與CPU并行運行的第二個內核，能并行運行的第二個內核，能夠獨立地控制外設。夠獨立地控制外設。 目前在目前在TMS320C2000系列產品中，系列產品中，TI主要推出了四個系主要推出了四個系列主流產品，即使用廣泛的列主流產品，即使用廣泛的C28x定點系列、低成本與高創(chuàng)新定點系列、低成本與高創(chuàng)新的的C28x Piccolo系列、系列、C28x Delfino浮點性能

4、系列以及基于浮點性能系列以及基于C28x和和ARM Cortex-M3的的Concerto多核系列。圖多核系列。圖2-1給出了給出了TI公司公司28x系列系列DSP的發(fā)展趨勢。的發(fā)展趨勢。 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.1 C28x Piccolo系列基本結構及性能系列基本結構及性能 2008年年10月，月，TI發(fā)布了基于發(fā)布了基于C2000 DSP的的Piccolo系列，取自意大利語系列，取自意大利語“風笛風笛”，是以小巧、，是以小巧、低成本、高集成度為主要特點的低成本、高集成度為主要特點的32位微控制器，采位微控制器，采

5、用最新的架構技術成果和增強型外設，能夠提供一用最新的架構技術成果和增強型外設，能夠提供一款低成本的高集成度解決方案，有助于在成本敏感款低成本的高集成度解決方案，有助于在成本敏感型應用中實現(xiàn)處理器密集型的型應用中實現(xiàn)處理器密集型的32位實時控制功能。位實時控制功能。Piccolo系列可提供多種封裝版本和外設選項，實現(xiàn)系列可提供多種封裝版本和外設選項，實現(xiàn)了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美組了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美組合。合。 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2802x Piccolo系列為系列為C28x內核供電，此內核與低引腳數(shù)內核供電，此內核與低引腳

6、數(shù)量器件中的高集成控制外設相耦合。該系列的代碼與以往基于量器件中的高集成控制外設相耦合。該系列的代碼與以往基于C28x的代碼相兼容，并且提供了很高的模擬集成度。的代碼相兼容，并且提供了很高的模擬集成度。 F2802x系列速度為系列速度為40-60MHz，配有多達，配有多達64KB Flash，屬于低成本入，屬于低成本入門級產品。門級產品。2.1.1 F2802x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2803x系列把系列把Flash提高到提高到128KB，是配有可選的浮點協(xié)處，是配有可選的浮點協(xié)處理器（稱為理器（稱為“控制律加速器控制律加速器”-CLA），可獨立訪問反饋與前

7、），可獨立訪問反饋與前饋外設，能夠提供并行控制環(huán)路，以強化主饋外設，能夠提供并行控制環(huán)路，以強化主CPU，是實現(xiàn)并行，是實現(xiàn)并行控制環(huán)路處理的最早產品系列控制環(huán)路處理的最早產品系列 。2.1.2 F2803x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2805x Piccolo 系列與前面介紹的芯片不同的是在其模擬系列與前面介紹的芯片不同的是在其模擬前端（前端（AFE）包含多達七個比較器，它們具有多達三個數(shù)模轉）包含多達七個比較器，它們具有多達三個數(shù)模轉換器（換器（DAC），一個），一個VREFOUT 經緩沖的經緩沖的DAC，多達四個可，多達四個可編程增益放大器（編程增益放大器

8、（PGA）和四個數(shù)字濾波器。）和四個數(shù)字濾波器。 2.1.3 F2805x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2806x包括一個浮點單元（包括一個浮點單元（FPU）以及雙存儲器和新的）以及雙存儲器和新的Viterbi復雜數(shù)學單元（復雜數(shù)學單元（VCU），為），為Piccolo帶來浮點運算功能，帶來浮點運算功能，以提高性能與易用性。同時在以提高性能與易用性。同時在F2803x基礎之上增加了基礎之上增加了USB接口接口與主控制器，處理復雜映射的與主控制器，處理復雜映射的VCU，而且把，而且把RAM 擴大到擴大到100KB，F(xiàn)lash擴展到擴展到256KB。 2.1.4 F2

9、806x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.2 C28x Delfino系列基本結構及性能系列基本結構及性能2009年年3月，月，TI針對高端實時控制應用，推出基于針對高端實時控制應用，推出基于C2000平臺的全新產品平臺的全新產品Delfino系列，同樣同樣取自系列，同樣同樣取自意大利語意大利語“海豚海豚”。以其像海豚的靈動與聰慧那樣，。以其像海豚的靈動與聰慧那樣，該系列產品寄托了設計師對產品的美好期望：該系列產品寄托了設計師對產品的美好期望：Delfino系列能以其雙倍于以往產品的浮點性能，充系列能以其雙倍于以往產品的浮點性能，充分滿足更高智能、更低能耗的高端實時控

10、制市場的分滿足更高智能、更低能耗的高端實時控制市場的需求。需求。TI C2000 32 位微處理器的位微處理器的Delfino浮點系列目前有浮點系列目前有三種高性能產品，三種高性能產品，F(xiàn)2833x、F2834x和和F2837xD系列，系列，為實時控制應用帶來了領先的浮點性能和集成度。為實時控制應用帶來了領先的浮點性能和集成度。 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2833x系列速度為系列速度為100-150MHz，F(xiàn)lash多達多達512KB。它們是針對要求嚴格的控制應用的高度集成、。它們是針對要求嚴格的控制應用的高度集成、高性能解決方案。高性能解決方案。 2.2.1 F28

11、33x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 C2834x系列性能翻倍，達到系列性能翻倍，達到300MHz，但是此系，但是此系列解決方案僅限于基于列解決方案僅限于基于RAM的存儲，的存儲，RAM可達到可達到516KB。 2.2.2 C2834x系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F2837xD系列支持雙核系列支持雙核C28x處理功能與雙實時控制律加速處理功能與雙實時控制律加速器（器（CLA），可提供），可提供800 MIPS浮點性能，從而可幫助用戶為計浮點性能，從而可幫助用戶為計算要求嚴格的控制應用開發(fā)低時延系統(tǒng)，還可通過將多個嵌入算要求嚴格的控制應用開

12、發(fā)低時延系統(tǒng)，還可通過將多個嵌入式處理器整合在單個系統(tǒng)中以降低復雜性，充分滿足高級伺服式處理器整合在單個系統(tǒng)中以降低復雜性，充分滿足高級伺服驅動器、太陽能中央逆變器以及工業(yè)不間斷電源（驅動器、太陽能中央逆變器以及工業(yè)不間斷電源（UPS）等需）等需要實時信號分析的應用需求。要實時信號分析的應用需求。 2.2.3 F2837xD系列系列安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.3 Concerto系列基本結構及性能系列基本結構及性能2011年年6月，月，TI公司宣布推出新型公司宣布推出新型C2000 Concerto 雙核微控雙核微控制器系列，可幫助用戶設計出環(huán)保性能與連接能力更佳的應制

13、器系列，可幫助用戶設計出環(huán)保性能與連接能力更佳的應用。這種新型用。這種新型Concerto 32位微控制器將位微控制器將TI的具有同類領先的具有同類領先性能的性能的C28x內核及控制外設與內核及控制外設與ARM Cortex-M3通信內核及通信內核及連接外設組合起來并于同一個芯片，以提供一種分區(qū)明確的連接外設組合起來并于同一個芯片，以提供一種分區(qū)明確的架構，可在單個具有成本效益的器件中支持實時控制和高級架構，可在單個具有成本效益的器件中支持實時控制和高級連接。另外，還增加了新的安全保密功能，創(chuàng)建了易于產品連接。另外，還增加了新的安全保密功能，創(chuàng)建了易于產品開發(fā)的軟件基礎架構。開發(fā)的軟件基礎架構

14、。“Concerto”一詞源自拉丁文，取義一詞源自拉丁文，取義“協(xié)奏曲協(xié)奏曲”，也就是兩，也就是兩種因素既競爭又協(xié)作的意思。該系列產品體現(xiàn)了這種特點。種因素既競爭又協(xié)作的意思。該系列產品體現(xiàn)了這種特點。Concerto系列產品是一款具有獨立通信和實時控制子系統(tǒng)的系列產品是一款具有獨立通信和實時控制子系統(tǒng)的多內核片載系統(tǒng)微控制器多內核片載系統(tǒng)微控制器 。 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 F28M35H52/22C，F(xiàn)28M35M52/22C和和F28M35M/E20B是是Concerto F28M35x系列產系列產品品 。2.3.

15、1 F28M35x系列系列2.3.2 F28M36x系列系列 F28M36x微控制器完美集成了由微控制器完美集成了由C28x數(shù)字數(shù)字信號處理器提供的實時精確控制以及由信號處理器提供的實時精確控制以及由ARM Cortex-M3內核與片上外設實現(xiàn)的高級連接性。內核與片上外設實現(xiàn)的高級連接性。F28M36P63/53C，F(xiàn)28M36H53C/B和和F28M36H33C/B是是Concerto F28M36x系列產品系列產品 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院2.4 C28x定點系列基本結構及性能定點系列基本結構及性能2003年，年，TI公司首次推出核心產品公司首次推出核心產品32位位

16、C28x內核芯內核芯片，它包括片，它包括F281x、F280 x 和和F282x等產品系列，它等產品系列，它們具有多種外設和存儲器配置，可滿足不同的控制們具有多種外設和存儲器配置，可滿足不同的控制應用要求。應用要求。TMS320C28x是到目前為止用于數(shù)字控制領域性能是到目前為止用于數(shù)字控制領域性能最好的最好的DSP芯片。這種芯片采用芯片。這種芯片采用32位的定點位的定點DSP核，核，最高速度可達最高速度可達400MIPS，可以在單個周期內完成，可以在單個周期內完成3232位的乘累加運算，具有增強的電機控制外設、位的乘累加運算，具有增強的電機控制外設、高性能的模數(shù)轉換能力和改進的通信接口，具有

17、高性能的模數(shù)轉換能力和改進的通信接口，具有8GB的線性地址空間，采用低電壓供電（的線性地址空間，采用低電壓供電（3.3V外設外設/1.8V核），與核），與TMS320C24x源代碼兼容。源代碼兼容。安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 TMS320F281x系列系列DSP產品主要包括片內集成產品主要包括片內集成Flash存儲存儲器的器的F2810、F2811和和F2812，與片內集成只讀存儲器，與片內集成只讀存儲器ROM的的C281x系列系列DSP相比，相比，F(xiàn)281x系列的系列的Flash可以由用戶反復編可以由用戶反復編程，便于系統(tǒng)調試和代碼升級，是用戶通常選用的系列，而程，便于

18、系統(tǒng)調試和代碼升級，是用戶通常選用的系列，而C281x系列的片內系列的片內ROM只能由用戶提供程序代碼給廠家掩膜只能由用戶提供程序代碼給廠家掩膜一次，適用于產品定型后的大批量產品。一次，適用于產品定型后的大批量產品。 TMS320F281x系列系列DSP的主要芯片為的主要芯片為TMS320F2810和和TMS320F2812。兩種芯片的差別是：。兩種芯片的差別是：F2812內含內含128K16位位的片內的片內Flash存儲器，有外部存儲器接口，而存儲器，有外部存儲器接口，而F2810僅有僅有64K16位的片內位的片內Flash存儲器，且無外部存儲器接口。存儲器，且無外部存儲器接口。 本書將以本

19、書將以TMS320F2812 DSP芯片作為主要的介紹對象。芯片作為主要的介紹對象。 2.4.1 TMS320F281x系列系列DSP的主要性能的主要性能 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院C2000 Control ApplicationsIndustrial DrivesServo Control Home appliancesElectric Power Steering Digital Motor Control3-phase metering with PLCTorque, pressure, liquid flow, or gas sensorsAutomotive

20、RadarSubwoofers（低音炮）（低音炮）Advanced SensingDigital Power Supplies Commercial, Industrial, & Consumer UPS Multi-channel DC/DC converters Solar & Wind inverters Hybrid VehiclesFast, high resolution signal processingPeripheral suite optimized for control applications安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院C2000 RoadmapD

21、eviceFutureProductionDevelopmentSamplingF282xx150 MIPSDMAF283xx300 MFLOPSDMADelfino600 MFLOPS16-bit ADCC28xxxPerformanceF281x150 MIPSF280 xx60 -100 MIPSPiccolo60 MIPSVREG, COMPPiccolo40 MIPSVREG, COMPC28xxxIntegration安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院TMS320F2812主要特點主要特點 高性能靜態(tài)高性能靜態(tài)CMOS技術：技術：150MHz時鐘、低功耗設計、編程電壓

22、時鐘、低功耗設計、編程電壓3.3V。 JTAG邊界掃描（邊界掃描（Boundary Scan）支持）支持 高性能的高性能的32位中央處理器：位中央處理器：哈佛總線結構、雙哈佛總線結構、雙16位乘加單元、迅速的中斷位乘加單元、迅速的中斷 響應和處理響應和處理 片內存儲器：片內存儲器：128KFlash、2個個4K的隨機存儲器、的隨機存儲器、1個個8K的的SARAM， 2個個1K的的SARAM 根只讀存儲器（根只讀存儲器（Boot ROM）4K16位位 外部存儲器接口：外部存儲器接口：可編程等待狀態(tài)可編程等待狀態(tài)： 時鐘與系統(tǒng)控制：時鐘與系統(tǒng)控制：片上振蕩器、看門狗定時器模塊片上振蕩器、看門狗定時

23、器模塊 三個外部中斷三個外部中斷 外部中斷擴展（外部中斷擴展（PIE）模塊）模塊 ：可支持可支持45個外部中斷個外部中斷 128位的密鑰位的密鑰 安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 3個個32位的位的CPU定時器定時器 馬達控制外圍設備：馬達控制外圍設備：兩個事件管理器兩個事件管理器 串口外圍設備：串口外圍設備：SPI /SCI/ UART/eCAN/McBSP 12位的位的ADC，16通道：通道：80ns/12.5MSPS 有有56個獨立的可編程、多用途通用輸入個獨立的可編程、多用途通用輸入/輸出（輸出（GPIO）引腳）引腳 高級的仿真特性：高級的仿真特性：分析和設置斷點的功能

24、，實時硬件調試功能分析和設置斷點的功能，實時硬件調試功能 開發(fā)工具開發(fā)工具: ANSI C/C+編譯器編譯器/匯編程序匯編程序/連接器、支持連接器、支持TMS320C24x/240 x的的 指令、代碼編輯集成環(huán)境、指令、代碼編輯集成環(huán)境、DSP/BIOS、硬件評估板、硬件評估板安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院 TMS320F2812是是TI公司推出的功能強、性能優(yōu)越的公司推出的功能強、性能優(yōu)越的32位定點位定點DSP芯片之一。時鐘周期為芯片之一。時鐘周期為6.67ns（時鐘頻率為（時鐘頻率為150MHz），），3232位的硬件乘法器，位的硬件乘法器，2個個12位、位、16路的路

25、的A/D轉換器，轉換時間為轉換器，轉換時間為80ns，16路的路的PWM通道，通道，4個定時器，個定時器，一個一個SPI，兩個，兩個SCI，一個改進的控制局域網，一個改進的控制局域網eCAN，一個多，一個多通道緩沖串行接口通道緩沖串行接口McBSP，56個個GPIO引腳，具有增強的電引腳，具有增強的電機控制外設，高性能的模數(shù)轉換能力和改進的通信接口，與機控制外設，高性能的模數(shù)轉換能力和改進的通信接口，與TMS320LF24xA源代碼兼容。源代碼兼容。TMS320F2812的功能結構框圖的功能結構框圖如圖所示。如圖所示。2.4.2 TMS320F2812 DSP的功能結構圖的功能結構圖及片內外設

26、及片內外設 Memory Bus 128Kw Flash+ 2Kw OTP4Kw Boot ROM18Kw RAMCode securityXINTF32-BitRegister FileReal-TimeJTAG32-bitTimers (3)150 MIPs C28xTM 32-bit DSP32x32 bitMultiplierR M WAtomicALU Interrupt ManagementEvent Mgr AEvent Mgr B12-Bit ADCWatchdogGPIOPeripheral BusMcBSPCAN 2.0BSCI-ASCI-BSPIEvent Manager

27、sUltra-Fast 12-bit ADC16.7 MSPS Conversion SpeedDual s/h enable simultaneous samplingAuto Sequencer, up to 16 conversions w/o CPUMultiple standard communication ports provide simple interfaces to other componentsFast program execution out of bothRAM and Flash memory110-120 MIPS with Flash Accelerati

28、on Technology150 MIPS out of RAM for time-critical code Control PeripheralsCommunications PortsMemory Sub-SystemControl PortsTarget ApplicationOptical Networking, Power Supplies, Industrial Applications, Automotive, and many moreF2810/F2812: 業(yè)界最強大的控制專用業(yè)界最強大的控制專用DSP安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工程大學電氣工程學院安徽工