DSP硬件开发平台设计

2010 - 2011学年第 2 学期《DSP芯片的原理与开发应用》

题目：DSP硬件开发平台设计

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基于DSP E1－16XS的硬件开发平台设计

引言

嵌入式系统硬件的核心是各种类型的嵌入式处理器,目前全世界嵌入式处理器的品种已经超过1000多种,流行体系结构有30多个系列,嵌入式处理器一般可以分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。

与标准微处理器相比,嵌入式微处理器只保留了和嵌入式应用有关的功能,并且为了满足嵌入式应用的特殊要求,在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。

DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统,这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势,又具有应用目标所需要的技术特征,在许多嵌入式应用领域,既需要在数据处理方面具有独特的优势的DSP,也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器（MCU）;因此,将DSP与MCU融合在一起的双核平台,将成为DSP技术发展的一种新潮流。德国Hyperstone公司是真正把DSP 成功嵌入32位微处理器的厂商之一,尤其是它的E1－XS系列更是这方面的佼佼者。

1 E1－16XS微处理器结构概述

Hyperstone RISC/DSP架构框图如图1所示,Hyperstone内核是专为RISC和DSP功能的集成而设计的,但它不是两个不同内核在单个芯片上的简单组合,而是一个集成的内核和指令集。这一全集成的内核基于单处理器模式,带有单指令流。RISC和DSP单元间简单且高效的通信由1个96路的32位内部存储器实现,每个时钟周期内可以执行3条指令的操作,所以在100MHz的频率下可以达到300 MOPS这样优秀的性能。

Hyperstone E1－16XS是一款0.25μm CMOS工艺的微处理器,它结合了高性能的RISC微处理器和DSP处理器,利用简洁高效的指令,使嵌入式DSP处理器的实时性得以充分的发挥。该处理器主要具有如下的特点：

1、32位RISC/DSP处理器ALU、DSP单元和Load/Store单元并行处理,内部

集成硬件乘法器。

2、16根数据线,22根地址线,4个外部存储体（Memory Bank）选择信号。

3、4GB内存地址空间,I/O空间和存储空间分开寻址,存储器和DSP连接无需附加逻辑电路。

4、片内集成16KB RAM和片上指令高速缓存。

5、具有全面的DRAM和DMA控制器,所有的总线时序可编程。

6、片上PLL、CPU总高频率可达到180MHz。

7、中断服务程序可在7个时钟周期内启动。除内部中断外,还有7个外部中断可用。

8、3个可编程I/O引脚除了可配置成输入输出外,还可以配置成外部中断输入使用。

9、32位定时器和看门狗定时器,用户可利用hyRTK内核访问154个独立的"虚拟"定时器,仅需很少的处理开销。

2 嵌入式系统硬件设计

2.1 系统硬件结构

系统硬件结构如图2所示。

电源电路：输入5V,经过DC－DC变换,分别给微处理器提供2.5V和3.3V的电压。

晶振电路：16MHz有源晶体振荡器经过倍频,分别为Hyperstone内核/系统提供128/64MHz的时钟频率。

复位电路：可选用简单的RC复位电路,考虑到系统复位的可靠性和掉电监控,建议使用专门的复位IC,例如MAX706。

微处理器：即E1－16XS,是系统的工作和控制中心。

Flash：可存放Boot监控程序、嵌入式操作系统、用户应用程序或其他在系统掉电后需要保存的数据。

SDRAM：系统代码运行和数据变量存储的空间。

JTAG接口：通过该接口可对系统进行在线调试和程序下载。

I/O扩展接口：引出数据总线、地址总线和必需的I/O控制总线,便于用户根据自身的特定需求,扩展外围电路;DSP可以通过该扩展总线对其他板卡进行控

制,或者其他板卡可以通过该接口对开发板进行操作。

2.2 系统主要硬件单元电路设计

不同的DSP处理器在与DRAM、Flash连接时通常会有些差异,所以下面着重分析存储器接口电路的工作原理和设计方法。

（1）Flash接口电路

由于Flash存储器具有低功耗、大容量,可整片或分扇区快速烧写、擦除、掉电后信息不丢失等特点,在各种嵌入式系统中得到广泛应用。

本系统中,Flash存储器采用Hynix的HY29LV160。他是16位数据宽度,存储容量为16Mb（2MB）,可以在2.7－3.6V电压范围内进行读、编程（烧写）和擦除操作。

在大多数系统中,选用1片16位的Flash存储器芯片（单片容量有1MB、2MB、4MB、8MB等）构建16位的Flash存储系统已经足够。在此采用1片HY29LV160构建16位的Flash存储器系统,图3为16位模式Flash与处理器E1－16XS的基本接法。

Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码,系统上电或复位后从此获取

指令并开始执行。因此,应将存有程序代码的Flash存储器配置到Bank3,即将E1－16XS的CS3接至HY29LV160的片选端CE。输出使能端OE接E1－16XS的OE;写使能端WE接E1－16XS的WE1,模式选择BYTE上拉,使HY29LV160工作在16位数据模式。RY/BY（就绪/忙）指示HY29LV160编程或擦除操作的工作状态。

HY29LV160地址总线A[19－0]与E1－16XS的地址总线A[20－1]相连;16位数据总线D[15－0]与E1－16XS的16位数据总线D[15－0相连,此时应将E1－16XS 的BOOTB置为0,即选择外部Flash为16位工作方式。

（2）DRAM接口电路

与Flash存储器相比较,动态随机存储器DRAM虽然不具有掉电保持数据的特性,但其存取速度大大高于Flash存储器,在系统中主要用作程序的运行空间。

E1－16XS内部的DRAM控制器支持DRAM的各种形式,例如Fast－Page Mode、EDO 和SDRAM,都可以直接和处理器无缝连接。存储器存取的总线时序刷新控制等可由总线控制寄存器（BCR）设定,这里以目前嵌入式系统设计中常用的SDRAM说明电路的具体连接。

系统中SDRAM选用IS42S16100－7T。它的存储容量为2Banks×512K×16位（2MB）,工作电压为（3.3±0.3）V,16位数据宽度,如果用户需要运行嵌入式操作系统以及各种相对较复杂的功能,可以考虑增加SDRAM的容量,E1－16XS最大支持128MB。

图4为IS42S16100－7T SDRAM存储器和E1－16XS的连接框图,将该SDRAM