ADSP-TS201的系统设计及外部总线接口的技术

　1 引言

随着雷达技术发展，大带宽高分辨力、多种信号处理方式的采用，使得实时信号处理对数据的处理速度大大提高。同时在雷达信号处理中运算量大，数据吞吐量急剧上升，对数据处理的要求不断提高。随着大规模集成电路技术的发展，作为数字信号处理的核心数字信号处理器(DSP)得到了快速的发展和应用。ADSP-TS201DSP是美国模拟器件(ADD公司继TSl01之后推出的一款高性能处理器。此系列DSP性价比很高，兼有FPGA和ASIC信号处理性能和指令集处理器的高度可编程性，适用于大存储量、高性能、高速度的信号处理和图像处理。如雷达信号处理、无线基站、图像音频处理等。
2 ADSP-TS201简介ADSP-TS201采用超级哈佛结构，静态超标量操作适合多处理器模式运算，可直接构成分布式并行系统和共享存储式系统。其性能如下：(1)最高工作主频可达600 MHz，指令周期为1．67 ns。支持单指令多数据(SIMD)操作。(2)支持IEEE32位、40位浮点数据格式和8位、16位、32位和64位定点数据格式。(3)4条128位的数据总线与6个4 Mb的内部RAM相连。(4)32位的地址总线提供4 G的统一寻址空间。(5)对与多片处理器的无缝互连提供片上仲裁。ADSP-TS201处理器由处理器核和IO接口两部分组成，结构框图如图l所示。其中处理器核由两个计算块、两个整型算术逻辑单元、程序控制器组成。IO接口由内部存储器、外部设备接口、14通道的DMA控制器、全双工的LVDS链路口、IEEEll49．1JTAG接口组成。内部存储器为24 Mb DRAM，外部设备接口包括SDRAM控制器、EPROM接口、主机接口、多处理器接口。3 系统设计应用ADSP-TS201进行系统设计时，有一些特别需要注意的地方，如：电源设计、时钟设计、JTAG接口、未使用的管脚如何处理等。下面就这几个方面分别进行讨论。3．1 电源设计ADSP-TS201处理器共有4组电源，分别是核电源(VDD)、模拟PLL 电源(Vm-1)、内部DRAM电源(VDD-DRAM)、IO电源(VDD-K)，并且在不同的工作频率下供电要求不同。以600 MHz为例，电源工作参数如表1所示。因此设计电源的时候要选择符合电压电流要求的电源。ADSP-TS201在上电的时候有上电顺序的要求，这点在电源设计的时候必须考虑到。其上电顺序如图2所不，要求tVDD_ DRAM大于O ms，保证DRAM的上电在最后，而且上电时间也要有所保证。所以在选取电源芯片时应该选择带有关断功能的芯片，如MAX8869等。在电源芯片的SHUTDOWN管脚接一个电容到地，利用电容的充放电作用，在上电开始使能SHUTDOWN管脚，使电源芯片处于关断状态。随着电容充电至电源电压，SHUTDOWN为高电平，此时电源芯片开始工作，输出1．6 V的电压，为DRAM供电。另外ADSP-TS201电源管脚需要旁路电容去耦。在PCB设计时旁路电容的顺序分别是：VDD A到VSS的旁路电容；VDD到VSS的旁路电容；VDD-DRAM到VSS的旁路电容； VDD-IO到VSS的旁路电容。3．2 时钟设计ADSP-TS201有2个时钟参考电压管脚，SCLK_VREFl和SCLK_ VREF2，这两个管脚应该连在一起，为系统时钟供电电压的一半。SCLKl和SCLK2是时钟输入端，最大系统时钟是核时钟的1/4。同时SCLK也为外部接口总线提供时钟。ADSP一TS201内部有一个PLL，通过设置SCLKRATE2～0引脚将SCLK倍频到所需的核时钟。在设计过程中，为了保证时钟的同步，可以采用时钟驱动芯片，可以同时输出多路时钟，为TS201 SDRAM提供系统时钟。3．3 JTAG接口ADSP-TS201 JTAG仿真器是一个14脚的母头，第3脚是没有任何连接的。在调试过程中第3脚必须拔出来。在JTAG接口设计时要注意以下方面：正确的上下拉电阻，数据(TDI，TMS，TDO，TRST，EMU)驱动、时钟驱动如74系列的驱动芯片。3．4 未使用管脚的处理ADSP-TS201包含有3个NC管脚，在设计中不要有任何连接。对于没有用到的管脚，应根据是单片系统还是多片互连系统进行处理，可以悬空的管脚悬空，不能悬空的管脚一定要接上拉电阻或者下拉电阻。特别是没有用到的链路口的输入管脚的处理，主要参考ADI网站中所给出的数据手册。另外TS201支持多片DSP互连，最多可达8片。通过链路口完成片与片之间的通信，电路连接简单。4 外部总线接口技术ADSP-TS201外部总线支持各种不同的通用／专用协议，并且可以通过编程进行配置。外部总线接口支持流水线协议，SDRAM协议和慢速设备协议。TS20l可以采用流水线协议访问存储系统，数据传送速度非常快。另外TS20l有片上的SDRAM控制器，支持SDRAM协议。以下就是这两种协议的应用。4．1 SDRAM接口ADSP-TS201处理器有一个专用的SDRAM接口．可以实现与标准SDRAM 6 Mb，64 Mb，128 Mb．256 Mb．512 Mb的无缝连接。支持1 024-，512-，256字的页面长度，通过对SDRCON寄存器的编程可实现页面长度的选择。同时SDRAM占用TS201的外部存储空间地址，通过设置／MSSD3～0来确定SDRAM的地址空间范围。本设计选用的SDRAM是HY57V561620B，页面长度为512字，将两片SDRAM拼接成32位的总线宽度，实现与TS201的无缝接口。根据不同的总线宽度，TS201的地址总线与SDRAM的连接有所不同。(1)对于32位数据总线其连接方式如下：SDRAM地址Bit9～0与TS201 ADDR9～0相连；SD RAM地址Bitl0与TS201的SDA10管脚相连；SDRAM地址Bitl5～11与TS201 ADDRl5～11相连。(2)对于64位数据总线，连接方式如下：SDRAM地址Bit9～0与TS201 ADDRl0～1相连，TS201 ADDR0悬空；SDRAM地址Bitl0与TS201的SDAl0管脚相连；SDRAM地址Bitl4～11与TS201 ADDRl5～12相连。另外对于标准的SDRAM(3．3 V)，TS201的地址线ADDRl5∽11都可以作为BANK的选择线。对于低功率的SDRAM(2．5 V)，只有ADDRl5～14可以作为BANK的选择线。因此在进行接VI设计时一定要注意所选择SDRAM的电参数。4．2 ADSP-T$201与FPGA接口本文设计的系统需要将FPGA连接在TS201的外部总线上，采用DMA中断，通过总线的方式从FPGA的外挂RAM(乒乓存储)中读取数字下变频后的I，Q两路数据，其连接方式如图3所示。其中MS0，MS1是片选信号，RD和WRL分别是读和写信号。在一个PRF周期内FPGA进行数字下变频，将I，Q数据存储到SRAM中，然后向 TS201发出DMA请求，TS201将SRAM的数据采用流水线协议通过总线读入片内RAM中，进行后续的处理。再将处理完的数据以总线方式写入到FPGA内部RAM中，以便进行在线仿真或者进行后续的输出。5结 语本文主要结合ADI公司的高性能ADSP-TS201的结构特点，讨论了在系统设计的过程中应该重点注意的几个问题和ADSP-TS201的外部接口技术，并给出了其与SDRAM，FPGA的连接实例，对基于TigerSHARC系列DSP的应用设计具有实用的参考价值。