DSPC2000系列综述及其应用电子

DSPC2000系列综述及其应用电子

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摘要

TI公司生产的C2000系列的DSP主要是针对自动控制领域的需要而设计的。本文主要说明了DSP 的产生和发展，概括了C2000系列的特点，综述了C2000中使用的主要技术。同时阐述了今后的发展趋势，在应用方面做了简要介绍，并给出了一个应用实例。

关键词：C2000；集成外设；JTAG；嵌入式；应用

关键字

C2000 发展状况趋势硬件技术软件技术应用电子

1 DSP的产生背景及其发展

1.1 产生背景

由于计算机和信息技术的发展，出现了数字信号处理。它是利用计算机或专用处理器设备，以数字形式对信号进行采集、变换等处理，以得到符合人们需要的信号形式，是一门涉及并广泛应用于许多领域的新兴学科[1]。20世纪后期，随着计算机、大规模集成电路（LSI）、超大规模集成电路（VLSI）以及微处理器技术的迅猛发展，数字信号处理无论在理论上还是在工程应用中都得到了巨大的发展。

伴随着数字信号理论的产生与发展，在一些应用领域中对需要对相关的数据进行处理，但由于使用普通的计算机不能满足特殊环境的要求，而另一方面，如果使用工业PC机，则不能充分发挥其各种性能，并且体积相对较大，增加成本。这就迫使集成电路生产商家开发出可用于数字信号处理的器件，于是就产生了DSP。

DSP主要用来实现相关的数据处理或者比较复杂的算法，其中最具代表的就是TI公司生产的C5000系列的DSP，该系列的DSP主要用于比较复杂算法、语音处理等领域。在上世纪末随着各种新兴控制理论的不断涌现，在实际应用中使用到的算法也日趋复杂化，为了既能满足控制系统实时性的要求，又能满足传统的控制需要，不少公司相继开发出了针对自动控制领域的DSP，最为代表的器件就是TI公司生产的C2000系列。

1.2 发展状况及其趋势

1979年，美国Intel公司生产的2920可以看做商用DSP的开端，这一芯片内部还没有现代DSP 芯片所必须的单周期硬件乘法器，但是该芯片却内含了一个完整的数字信号处理器。DSP芯片应用的另一个开端是TI公司于1982年发布的TMS32010系列芯片[2]。之后ＴＩ又相继推出了第二代、第三代、第四代、第五代（C5000）以及目前速度最快的第六代（C6000）。TI公司目前常用的DSP 芯片主要为3大系列：C2000、C5000和C6000系列，其中C2000主要应用于自动控制领域。在DSP 的发展过程中，除了TI公司研发生产DSP外，还有摩托罗拉、NEC、美国模拟器件公司也在研发和生产DSP并取得了一定成就，在市场中占据相当的份额。

在C2000系列发展历史（如图1所示）中，TI最早推出的16位定点C2xx系列获得了巨大的成功。在1996年TI又推出了第一款带有Flash的DSP。新世纪TI在C24xx系列的基础上，又推出了F/C281x系列。最近为了适应市场的专业化需要，推出了Piccolo F280xx系列。

1 C2000系列发展历史

从DSP技术发展的角度来看，随着集成电路规模日益增大，其相应的芯片电压必将越来越小，将会从目前的3V发展到1V甚至更低，并且功耗也将越来越小。当然其运行速度也将越来越快，实时性能更强。

2 DSPC2000的相关技术

为了能够实现高速运算、处理数据的能力，DSP采用了一些比较先进的技术。同时为了能够更好的便于开发人员进行开发调试，TI公司也应用了比较先进的技术方法。

2.1 硬件技术

在DSP芯片硬件的设计方面，相对与微控制器而言，TI公司使用了不少先进技术。诸如总线技术、中断技术、捕捉单元技术等

2.1.1内核结构

同MCU相比，DSP的结构具有一定的先进性，使之运行速度更快。为了提高运行速度，采用哈佛总线结构，即数据总线和地址总线在物理上是分开的，这就大大提高了其访问数据的速度。借鉴微处理器的先进技术，采用流水线结构。与传统的MCU相比，增加了硬件乘法器，使得一次甚至两次乘法运算可以在一个单周期内完成。

除此之外，DSPC2000系列在存储上另加了特殊的片内存储结构。存储器访问速度对DSP的整体性能会产生很大的影响，为此一般会在片内集成数据存储器RAM，这样可以较好的缓解DSP的数据传输瓶颈，提高速度。

在时钟方面，C2000系列的时钟频率虽然比C5000和C6000的频率要低，但却比MCU的时钟频率要高。并且在有的C2000芯片中还有内部时钟，如F28027内部含有两个内部时钟，这样可以不需要外接时钟源或者晶振，芯片即可起振，避免了在外接时钟时可能造成的不必要的干扰，提高了芯片本身的稳定性和可靠性。

在中断控制方面，具有多个优先级，并且可以实现中断嵌套。这与传统的MCU相比，中断个数比较多，同时其不可屏蔽中断可以通过相应的寄存器设置（或再加上一定的硬件电路）可以检测内部的异常情况，如时钟失效等。

2.1.2集成外设

C5000与C6000的有一定的集成外设，但基本上是与语音或者是视频信息处理有关。而C2000为了能够方面开发人员减少外接设备，避免系统的不稳定性，集成了一些专门针对于自动控制领域的常见外围设备，如ADC等。这和MCU中的集成外设有些类似，但又不完全一样。现在一些比较普片的MCU，除了有定时器以外，大都集成了ADC，但这些ADC的一般都是8-10位的，精度相对而言比较低。而C2000的现在一般集成的ADC至少也是10位的，比如典型的LF2407的集成ADC 就是10位[3]，而F2812的则是12位的。

由于C2000系列的DSP主要是针对自动控制领域的电力、汽车电子等领域的应用，所以增加了PWM集成外设，并且集成的PWM外设与普通MCU所集成的不一样，C2000所集成的PWM具有多种输出模式，可调整的参数比较多，相对MCU的比较精确。如LF2407中的PWM还有SPWM 功能；最近推出的F280xx具有ePWM、HRPWM。

为了能够更好的对一些信号进行捕捉，C2000增加了输入捕捉单元，这是MCU所不具备的功能。另外像LF2407和F2812还增加了事件管理器等集成外设。C2000除了具有普通的SCI接口，大部分都还集成了CAN通讯模块。因为CAN总线是一种从串行数据通信协议，具有较强的纠错能力，支持差分收发，因而适合高干扰环境，并具有较远的传输距离[4]。在汽车电子的嵌入式系统中，经常要用到CAN总线，以减少物理布线，增强抗干扰能力。

总之，C2000系列的DSP集成了比较多的外设，能够很好的减少开发人员的硬件设计工作量，增强系统的稳定性和可靠性。

2.2 软件技术

在C2000系列DSP中，为了便于用户进行开发与维护，TI公司在软件的调试技术和结构化编程方面都采用了一些比较先进的技术。

2.2.1 JT AG技术

随着器件变得越来越复杂，对器件作全面彻底的测试的要求也就越来越高，而越来越重要。为了能够有效地测试器件，使用了边界扫描技术也称JTAG技术。标准的JTAG接口是4线：TMS、