MS320C31芯片在DSP和嵌入式系统中的应用研究
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摘要：Tms320c31芯片是DSP或嵌入式系统应用的理想选择。它具有功能强大的指令集，其高速率、崭新的结构增强了DSP应用的性能。该文介绍了TMS320C31芯片在嵌入式系统中的一个应用实例，介绍了系统开发的主要过程。
关键词：TMS320C31；数字信号处理；嵌入式系统；仿真
中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：1009-3044(2008)34-1737-02
Research on the Application of TMS320C31 Chip in the dsp and Embedded System
YANGLei
(Software College, Tongji University, Shanghai 200000, China)
Abstract: The TMS320C31 chip is an ideal choice for the DSP and Embedded System application. It has powerful instruction sets. Its high speed and brand new structure enhance the performance of the DSP application. This thesis introduced one example of the TMS320C31 chip application in the Embedded System and also introduced the process in how to develop the system.
Key words: TMS320C31 chip; digital signal processing; embedded system; simulation
1 引言
TMS320C31是一款功能强大、性价比高的芯片，是DSP或嵌入式系统应用的理想选择。它具有功能强大的指令集，高速率、崭新的结构增强了DSP应用的性能。它的JTAG IEEE 1149.1仿真端口和微计算器/boot-loader功能大大方便了计算机仿真、调试及嵌入式系统的开发。今天，该低功耗芯片的速率范围大致在27MHz～50MHz。
随着现代生活的信息化和电子化，功能多样而又精巧实用的掌上型智能设备日益受到用户的青睐。现在的PDA功能要求较多，需要存储功能、通信功能、GUI功能、多媒体功能等等各种功能集于一体。PDA产品根据不同的应用场合有不同的功能要求，涉及多种当前最先进的技术，如嵌入式CPU应用、多任务操作系统RTOS、GIS应用、卫星定位系统定位、无线通信、蓝牙技术、CCD技术、图像处理技术等。本文叙述了TMS320C31在PDA方面的一个应用的例子：设计多通道计算系统，介绍其主要的开发过程和实现方法。
2 系统性能要求
开发的15通道计算设备可以配置成一组15通道的计算器，或者三组独立的5通道计算器。每一组可以根据内部时钟或同一组中任何通道的外部事件进行一定量的计算。计算器可以通过前端的键盘和显示器或者是一台具有IEEE-488接口的主机进行控制，下面是主要特征：
1) 灵活选择通道；
2) 基于从20到1000000毫秒的或者是从1到10000000秒时钟定时；
3) 最大的外部事件计数是0xffffffff；
4) 计数的过程中读数；
5) GPIB数据传输中断率超过1.2MHz；
6) 溢出显示；
7) 输入最大计算频率4MHz。
3 系统仿真环境构建
用C语言编写的仿真端口工具包在MS-DOS/Windows、OS2、SUN-Solaris等下面通过修改Makefile选项很容易进行编译。仿真的硬件平台可以基于AT总线、Sbus总线、VME总线等。可以对头文件的定义作适当裁减，以适应不同的仿真硬件平台。TMS320C31芯片使用模块端口扫描设备（MPSD）技术允许通过串行扫描路径到SN74ACT8900芯片通过一个12针头进行完全仿真。我们需要设计接口硬件，使仿真硬件平台和JTAG IEEE 1149.1仿真端口之间进行通信，采用一个44针头外挂SN74ACT8990测试总线控制器。图1所示的流程图显示了我们的AT总线上的TMS320C31仿真硬件主机的概念。
该设计仿真系统功能齐全，特别是当开发人员需要在不同的仿真硬件和软件平台上实现应用的时候。
所有的仿真系统都具有类似的图形用户界面，帮助用户开发、测试、精简C程序和汇编语言程序。这提供了有效、灵活的功能，如断点、单步执行、用户中断和内存显示。
4 计算系统的设计
4.1 硬件设计
我们选择33Mhz的TMS320C31芯片作为系统微处理器不仅仅是因为低功耗，而且因为它的性能好。它是DSP应用及基于应用的通用微处理器的理想芯片，它的功能指令集极大地缩短了软件开销。
我们使用了6个表面挂接的AM9513A系统定时控制器来控制15个通道的计算。除此之外，系统有若干个可编程逻辑器件，用于对计算同步、定时、溢出锁定、设备解码、等待状态机进行编程。可编程逻辑器件的广播时延在35ns以下。使用带有直接I/O的PLD，广播时延更适合于高速应用。设计等待状态机制是为了处理慢速定时设备，如显示单元、本地显示和控制的键盘。板子上的GPIB-TNT4882芯片通过GPIB连接器在计算器和主机之间通信。GPIB和CPU之间的FIFO缓冲数据增加了GPIB的传输吞吐量。
所有的硬件组件都被接到一个6.35*9.25的六层板上，接地信号和5伏电压信号分别占一个独立板。图2显示了计算板子的硬件结构。
4.2 固件设计
有4个64K*8 27512的EPROM和一个64K*32的RAM模块，访问时间20ns。在仿真/开发阶段直接通过PC主机下载软件到快速RAM，用于在线仿真和调试。开发之后，完成的代码和bootloader通过编程到廉价、低速、可擦写的EPROM里面。上电之后，TMS320C31下载驻留在EPROM里面的代码到快速RAM里面，用于实时执行。用语64K、32bit的字代码启动时间仅仅是60毫秒。
4.3 软件设计
相对于其他嵌入式操作系统（如Windows CE、 Palm OS、 EPOC），Linux具有以下独特的优势：跨平台、裁减性好、开放源代码、内核小、效率高、免费、开发速度快。正因为如此，我们采用Linux作为TMS320 DSP芯片的操作系统。
我们用汇编语言来编写底层功能，例如I/O驱动、中断处理，加快处理效率。用C语言来编写高层应用程序，方便实现各种功能。C交叉编译器包括各种数学函数、类型转换函数和其他通用库。
图3显示了软件开发流程。
我们可以扩展计算设备，一种最优的方案是设计附加接口电路到开发板上的相应模块，而不需要修改该模块。这样，可以使得设备达到最大配置，达到15个通道的计算器和32个通道的控制器。
5 结论
由于系统采用了功能强大的TMS320C31芯片，通过上面软硬件两方面的工作，我们可以构建实时性高、可扩展性强的计算系统。随着嵌入式技术的不断发展和用户需求的不断增多，相信今后该款芯片的应用将会越来越广泛。
参考文献：
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