第二章TMS320F281xDSP控制器的總體結構

第二章

F281xDSP控制器的結構、性能、資源◆本章主要內容：

2.1DSP的性能指標

2.2DSP芯片引腳及其功能

2.3DSP片內硬件資源2.4DSP片內FLASH和OTP存儲器2.5時鐘與系統控制

2.632位CPU定時器

2.7通用輸入/輸出GPIO2.8外設中斷擴展PIE2.9中央處理器單元2.1TMS320F2812的性能指標◆

F2812的主要特點：

■

采用高性能的靜態(tài)CMOS技術，時鐘頻率可達150MHz；核心電壓：1.8V；I/O口電壓和Flash編程電壓：3.3V

■

32位CPU，可實現16×16位和32×32位乘法操作，哈佛總線結構，尋址程序空間可達4MB，尋址數據空間可達4GB

■

可向下兼容TMS320F24X/LF240X代碼

■

采用PLL來控制系統各模塊所需頻率■

3個32位的CPU定時器和適合電機控制的事件管理模塊EVA和EVB■

很強的外圍通信功能，包括同步串行口SPI，通用異步串行口SCI，增強的eCAN和多通道緩存串行口MCBSP■16個通道、12位精度的A/D轉換器■

56個多路通用輸入/輸出(GPIO)引腳等等2.1TMS320F2812的性能指標特征F2810F2812指令周期（150MHz）6.67ns6.67nsSRAM（16位/字）18K18K3.3V片內Flash（16位/字）64K128K片內Flash/SRAM的密鑰有有BootROM有有掩膜ROM有有外部存儲器接口無有事件管理器A和B（EVA和EVB）EVA、EVBEVA、EVB*通用定時器44*比較寄存器/脈寬調制1616*捕獲/正交解碼脈沖電路6/26/2看門狗定時器有有12位的ADC有有*通道數1616F2810和F2812的硬件特征（1）F2810和F2812的硬件特征（2）特征F2810F281232位的CPU定時器33串行外圍接口有有串行通信接口（SCI）A和BSCIA、SCIBSCIA、SCIB控制器局域網絡有有多通道緩沖串行接口有有數字輸入/輸出引腳（共享）有有外部中斷源33供電電壓核心電壓1.8VI/O電壓3.3V核心電壓1.8VI/O電壓3.3V封裝128針PBK179針GHH，176針PGF溫度選擇：A：-40℃~+85℃ S：-40℃~+125℃PBK僅適用于TMSPGF和GHH僅適用于TMS

2.2TMS320F281x芯片引腳及其功能了解引腳信號名稱、功能、特性、狀態(tài)

圖1TMS320F2812的頂視圖F2812-176引腳封裝底視圖◆F281x的引腳：

GPIO(GeneralPurposeInput/Outputpin)：56個，既可作為一般的數字I/O口，又可作為外設功能引腳，如PWM、eCAN等外部存儲器接口XINTF：45個電源和地：38個A/D轉換相關：23個

JTAG接口有關：7個

所有數字輸入引腳的電平均與TTL兼容，輸出引腳均為3.3VCMOS電平，輸入不能承受5V電壓

上拉電流/下拉電流均為100μA（20μA）

所有引腳的輸出緩沖器驅動能力（有輸出功能的）典型值是4mA2.3DSP片內硬件資源TMS320F281x主要由C28x核的CPU（C28xCPU）、系統時鐘控制模塊（系統控制部分）、事件和外設管理模塊（EVA、EVB和外設中斷控制等），片內存儲模塊（FLASH、ROM、RAM等）、CPU定時器模塊(CPU定時器)、12位A/D轉換模塊（12bitADC）、擴展接口模塊（擴展接口）、以及內部總線等構成。圖2F281x片內外設連接框圖外部擴展總線和內部總線

擴展接口：A18-A0和D15-D0是表示2812外部擴存儲器的能力，2812外擴的存儲空間最大是219*16bit（512K）。F281x的內部存儲器空間被分成了2塊，一塊是程序空間，一塊是數據空間，對它們的訪問通過地址總線和數據總線進行。281x的存儲器接口具有3條地址總線和3條數據總線。PAB（ProgramAddressBus）：32位程序地址總線，用于傳送程序空間的讀寫地址。DRAB（Data-ReadAddressBus）：32位數據讀地址總線，用于傳送數據空間的讀地址。DWAB（Data-WriteAddressBus）：32位數據寫地址總線，用于傳送數據空間寫地址。PRDW（Program-ReadDataBus）：32位程序讀數據總線，用于傳送讀取程序空間時的指令或者數據。DRDB（Data-ReadDataBus）：32位數據讀數據總線，用來讀取數據空間的數據。DWDB（Data/Program-WriteDataBus）：32位數據/程序寫數據總線，向數據空間/程序空間寫相應的數據。TMS320F2812存儲空間的映射◆SARAM均可映射到程序存儲空間和數據存儲空間，L0和L1受片上FLASH中的密碼保護◆FLASH和一次可編程EPROM(OTP)也受FLASH的密碼保護128K×16位FLASH18K×16位RAM：分成M0、M1、L0、L1和H0這5個塊4K×16位BootROM1K×16位OTPROM

BootROM出廠時固化了BootLoader軟件，根據引導信號確定上電引導裝載方式，可從Flash引導裝載程序，也可從外部存儲器引導程序包括一些標準的數學運算表2.4DSP片內FLASH和OTP存儲器

片內Flash存儲器的特點可映射到程序空間或數據空間程序可分成多段，代碼安全保護低功耗模式可根據CPU頻率調整等待周期流水線模式可提高線性代碼執(zhí)行效率Flash和OTP存儲器功耗模式睡眠（sleep）模式或復位模式：功耗最低備用（standby）模式：在該狀態(tài)或睡眠模式下進行CPU讀或取操作，將自動使DSP工作模式變?yōu)榛钴S模式活躍（active）模式或讀模式：功耗最高CPU對Flash/OTP的操作，形式32位取址16或32位數據空間讀取16位程序空間讀Flash處于活躍狀態(tài)時，存儲器的讀/寫處理有3中類型Flash存儲器隨機存取Flash存儲器頁面存取OTP操作片內Flash和OTP存儲器的配置寄存器名稱地址功能描述FOPT0x00000A80Flash選擇寄存器Reserved0x00000A81保留FPWR0x00000A82Flash電源方式寄存器FSTATUS0x00000A83狀態(tài)寄存器FSTDBYWAIT0x00000A84Flash睡眠到待機等待寄存器FACTIVEWAIT0x00000A85Flash待機到活動等待寄存器FBANKWAIT0x00000A86Flash讀訪問等待狀態(tài)寄存器FOTPWAIT0x00000A87OTP讀訪問等待狀態(tài)寄存器Flash和OTP存儲器的工作狀態(tài)通過配置寄存器進行設置注意：

執(zhí)行Flash寄存器配置任務的代碼不能放在Flash或OTP存儲器中執(zhí)行，而應放在其他的RAM存儲器空間中。而且當Flash或OTP存儲器中正在運行程序時，也不要對Flash或OTP寄存器進行操作，程序結束后才可以進行操作。在Flash/OTP中運行的代碼可以讀Flash寄存器中的內容，但不要將內容寫進去，要避免時序上的混亂。主要內容：鎖相環(huán)PLL振蕩器OSC

時鐘

1、2、看門狗WD

給DSP做“身體檢查”維持其正常工作的。

3、相關控制寄存器的設置2.5F281x的時鐘及系統控制1、振蕩器OSC和PLL模塊F2812內的振蕩器和PLL模塊PLL模式說明SYSCLKOUTPLL禁止復位時如果XPLLDIS引腳是低電平，則PLL完全被禁止。處理器直接使用引腳X1/XCLKIN輸入的時鐘信號。XCLKINPLL旁路上電時的默認配置，如果PLL沒有被禁止，則PLL將變成旁路，在X1/XCLKIN引腳輸入的時鐘經過2分頻后提供給CPU。XCLKIN/2PLL使能使能PLL，在PLLCR寄存器中寫入一個非零值n(XCLKIN×n)/2PLL配置模式F2812內部各種信號產生情況SYSOUTCLK組：CPU定時器和eCAN總線OSCCLK：看門狗電路低速組：SCI、SPI、McBSP高速組：EVA、EVB、ADC片上外設按輸入時鐘劃分SYSCR：系統控制寄存器PLLCR：PLL控制寄存器HISPCP：高速片上外設分頻器LOSPCP：低速片上外設分頻器與PLL、時鐘配置相關的寄存器DIV=000：旁路方式DIV=0001B～1010B，對應表中n=1～10DIV=1011B～1111B，保留15 43 0ReservedDIVR-0R/W-0PLL控制寄存器（PLLCR）高速外設時鐘寄存器（HISPCP）15 32 0ReservedHSPVALR-0R/W-001如果HISPCP不等于0，HSPCLK=SYSCLKOUT/(HISPCPx2)如果HISPCP等于0，HSPCLK=SYSCLKOUT低速外設時鐘寄存器（LOSPCP）15 32 0ReservedLSPVALR-0R/W-001如果LOSPCP不等于0，LSPCLK=SYSCLKOUT/(LOSPCPx2)如果LOSPCP等于0，LSPCLK=SYSCLKOUT2、看門狗模塊看門狗加法計數寄存器WDCNTR：當計數到最大值時，產生一個輸出脈沖。看門狗復位控制寄存器WDKEY：寫入0x55+0xAA，會使WDCNTR清零，其它值使看門狗復位。防止WDCNTR溢出:(1)禁止看門狗;(2)向復位控制寄存器周期性寫入0x55+0xAA，使WDCNTR清零。2.6CPU定時器1、什么是定時器？（計時工具）

F2812內部有3個32位的CPU定時器：Time0、

Time1、Time2（系統保留）2、CPU定時器內部結構定時器的工作示意圖TIMCLK值如何確定？1）給PRDH:PRD賦值2）裝載TIMH:TIM3）每隔一個TIMCLK計數器的值減少1，一直減到0完成一個周期的計數。1）給TDDRH:TDDR賦值2）裝載PSCH:PSC3）每隔一個SYSCLKOUT

PSCH:PSC值減少1，直到為0，就會輸出一個TIMCLK。計數器每走一步所需要的時間：CPU一個周期所計量的時間為：其中：X為系統時鐘SYSCLKOUT的值（MHz）。3、定時器寄存器（書本）2.7通用輸入/輸出I/O口（GPIO）

GPIO：通用輸入輸出（56個）；

GPIO引腳是多功能復用的，即可作為數字I/O口，也可作為特殊功能接口（如SCI、SPI）。

GPIO分A、B、D、E、F、G六組，通過GPxMux、GPxDIR、GPxQUAL寄存器進行控制。

如果GPIO配置為數字I/O，則可通過GPxDAT、

GPxSET、GPxCLEAR、GPxTOGGLE寄存器對其引腳進行操作。GPxDAT：GPIOx數據寄存器GPxSET：GPIOx置位寄存器GPxCLEAR:GPIOx清楚寄存器GPxTOGGLE:GPIOx取反寄存器GPxMux：GPIOx功能控制選擇寄存器GPxDIR：GPIOx方向控制寄存器GPxQUAL：GPIOx輸入限定寄存器控制數字x:A\B\D\E\F\GGPxMux：GPIOx功能選擇控制寄存器每各I/O口都有一個對應的功能選擇寄存器位，控制該口位特殊功能口或通用數字I/O口；如：GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM1_GPIOA0=0;//設置GPIOA0口為數字I/O口GpioMuxRegs.GPAMUX.bit.PWM1_GPIOA0=1;//設置GPIOA0口為特殊功能口（PWM1輸出口）GPxDIR：GPIOx方向控制寄存器每各I/O口都有一個對應的方向控制寄存器位，控制該口輸入輸出方向；如：GpioMuxRegs.GPADIR.bit.GPIOA0=0;//設置GPIOA0口為數字輸入口GpioMuxRegs.GPADIR.bit.GPIOA0=1;//設置GPIOA0口為數字輸出口GPxQUAL：GPIOx輸入限制寄存器控制GPIO引腳輸入信號的采樣周期，目的是消除輸入信號的噪聲。如：GpioMuxRegs.GPAQUAL.BIT.QUALPRD=5;//設置GPIOA組全部引腳輸入信號采用周期為5GPxDAT:GPIOx數據寄存器每各I/O口都有一個對應的數據寄存器位，控制該口狀態(tài)；如：GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA0=0;//設置GPIOA0口為低電平GpioDataRegs.GPADAT.bit.GPIOA0=1;//設置GPIOA0口為高電平GPxSET:GPIOx置位寄存器每各I/O口都有一個對應的置位寄存器位，控制該口狀態(tài)；GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIOA0=0;//沒影響GpioDataRegs.GPASET.bit.GPIOA0=1;//將A0引腳置位高電平GPxCLEAR:GPIOx清除寄存器每各I/O口都有一個對應的清除寄存器位，將該口清楚位低電平；GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIOA0=0;//沒影響GpioDataRegs.GPACLEAR.bit.GPIOA0=1;//將A0引腳置位低電平GPxTOGGLE:GPIOx取反寄存器每各I/O口都有一個對應的取反·寄存器位，將該口電平取反；GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIOA0=0;//沒影響GpioDataRegs.GPATOGGLE.bit.GPIOA0=1;//將A0引腳置電平取反2.8F281x外設中斷擴展模塊1、什么是中斷？中斷（Interrupt）是硬件和軟件驅動事件，它使得CPU暫停當前的主程序，并轉而去執(zhí)行一個中斷服務程序。寫代碼電話鈴聲響接電話接完電話繼續(xù)寫代碼執(zhí)行主程序有一個中斷請求暫停主程序，執(zhí)行中斷服務子程序返回主程序繼續(xù)執(zhí)行

PIE可以支持96個不同的中斷，這些中斷分成了12個組，每個組有8個中斷，而且每個組都被反饋到CPU內核的12條中斷線中的某一條上（INT1-INT12），我們平時用到的所有的外設中斷都被歸入了這96個中斷中，被分布在不同的組里，使用多路復用的原理。PIE目前只使用了96個中斷中的45個，其他的等待將來的功能擴展。

F2812的中斷是3級中斷機制，分別是外設級，PIE級以及CPU級，對于某一個具體的外設中斷請求，任意一級的不許可，CPU最終都不會執(zhí)行該外設中斷。就像一個文件需要三級領導批示一樣，任意一級領導的不同意，都不能被送至上一級領導，更不可能得到最終的批準，中斷機制的原理也是如此。F2812的中斷工作過程（1）外設級中斷假如在程序的執(zhí)行過程中，某一個外設產生了一個中斷事件，那么在這個外設的某個寄存器中與該中斷事件相關的中斷標志位（IF=InterruptFlag）被置為1。此時，如果該中斷相應的中斷使能位（IE=InterruptFlag）已經被置位，也就是為1，外設就會向PIE控制器發(fā)出一個中斷請求。相反的，如果雖然中斷事件產生了，相應的中斷標志位也被置1了，但是該中斷沒有被使能（相應的使能位為0），那么外設就不會向PIE發(fā)出中斷請求，但是相應的中斷標志位會一直保持置位狀態(tài)，直到用程序清楚它為止。當然，在中斷標志位保持在1的時候，一旦該中斷被使能了，那么外設立馬會向PIE發(fā)出中斷申請。以T1PINT為例：當定時器T1的計寄存器T1CNT計數到和T1周期寄存器T1PINT的值匹配時（相等時），就產生了一個T1PINT事件，即T1的周期中斷。這時候，事件管理器EVA的中斷標志寄存器A（EVAIFRA）中的第7位T1PINTFLAG被置為1，這時候如果EVA的中斷屏蔽寄存器A（EVAIMRA）中的第7位T1PINT的使能位是1，則EVA就會向PIE發(fā)出中斷請求，當然，如果該位的值是0，也就是該中斷未被使能（被屏蔽），則EVA不會向PIE發(fā)出中斷請求，而且EVAIFRA中T1PINTFLAG位將一直保持為1，除非通過程序將其清除。需要注意的是，不管在什么情況下，外設寄存器中的中斷標志位都必須手工清除。清除T1PINT標志位的語句EvaRegs.EVAIFRA.bit.T1PINT=1;（1）外設級中斷舉例：（2）PIE級中斷當外設把中斷請求提交給PIE模塊。PIE控制器中的每組都有一個中斷標志寄存器PIEIFRx和中斷使能寄存器PIEIERx。每個寄存器的低8位對應于8個外設中斷，高8位保留。例如T1PINT對應于PIEIFR2的第4位和PIEIER2的第4位。因為PIE模塊是多路復用的，那么每一組同一時間應該只能是一個中斷被響應，PIE是怎么做到的呢？PIE除了每組具有剛才的PIEIERx，PIEIFRx寄存器之外，還有一個PIEACK寄存器，它的低12位分別對應著12個組，即INT1-INT12，高位保留。假如T1的周期中斷被響應了，則PIEACK寄存器的第2位（對應于INT2）就會被置位，并且一直保持直到手動清除這個標志位。當CPU在響應T1PNT的時候，PIEACK的第2位一直是1，這時候如果PIE2組內發(fā)生其他的外設中斷，則暫時不會被PIE響應送給CPU，必須等到PIEACK的第2位被復位之后，如果該中斷請求還存在，那么立馬由PIE控制塊將中斷請求送至CPU。所以，每個外設中斷被響應之后，一定要對PIEACK的相關位進行手動服務，否則同組內的其他中斷都不會被響應。清除PIE中與T1PINT相關的應答位的語句PieCtrl.PIEACK.bit.ACK2=1;

PIE中斷需注意的問題將PIE級的中斷和外設級的中斷相比較之后發(fā)現，外設中斷的中斷標志位是需要手工清除的，而PIE級的中斷標志位都是自動置位或者清除的。但是PIE多了一個PIEACK寄存器，相當于一個同行的關卡，同一時間只能放一個中斷過去，只有等到這個中斷被響應，給關卡一個放行命令之后，才能讓同組的下一個中斷過去，被CPU響應。（3）CPU級CPU也有中斷標志寄存器IFR和使能寄存器IER。當某一個外設中斷請求通過PIE發(fā)送到CPU時，與INTx相關的中斷標志位就會被置位。例如，T1的周期中斷T1PINT的請求到達CPU這邊時，與其相關的INT2的標志位就會被置位，該標志位就會被鎖存在IFR中，這時候，如果IER中的相關位被置位了，并且INTM的值為0，則中斷就會被CPU響應。在T1PINT的例子里，當IER的第2位即INT2被置位，INTM為0，則CPU就會響應定時器T1的周期中斷。CPU接到了中斷的請求，就得暫停正在執(zhí)行的程序，轉而去響應中斷程序，但是此時，它必須得做一些準備工作，以便于執(zhí)行完中斷程序之后回過頭來還能找到原來的地方和原來的狀態(tài)。CPU會將相應的IER和IFR位進行清除，EALLOW也被清除，INTM被置位，就是不能響應其他中斷了，CPU向其他中斷發(fā)出了通知，正在忙，沒空來處理你們的請求了，得等到處理完手上的中斷之后才能再來處理其他請求。然后，CPU會存儲返回地址并自動保存相關的信息，例如將正在處理的數據放入堆棧等等，做好這些準備工作之后，CPU會從PIE塊中取出對應的中斷向量ISR，從而轉去執(zhí)行中斷子程序。TI例程中與中斷相關的幾個文件DSP28_PieCtrl.h，這個文件定義了和PIE相關的寄存器的數據結構，我們對應于相關寄存器的定義會發(fā)現，兩者是一樣的。

DSP28_PieVect.h,這個頭文件定義了PIE的中斷向量。DSP28_PieCtrl.c文件里只有1個函數，InitPieCtrl（），其作用是對PIE模塊進行初始化的，例如在程序開始