Олег Вальпа - Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++

• Название: Разработка устройств на основе цифровых сигнальных процессоров фирмы Analog Devices с использованием Visual DSP++
• Автор: Олег Вальпа
• Издательство: Горячая линия — Телеком
• Жанр: Справочники
• Год: 2007
• ISBN: 5-93517-342-5

Книга предназначена для самостоятельного изучения и применения на практике цифровых сигнальных процессоров DSP (Digital Signal Processor). На примере популярной микросхемы ADSP2181 фирмы Analog Devices рассмотрены устройство, архитектура и технические характеристики цифрового сигнального процессора. Приведено описание вычислительных блоков процессора, средств разработки программного обеспечения, языка программирования и системы команд процессора. Разработанные автором книги практические схемы с применением сигнального процессора, исходные тексты программ и схемы вспомогательных устройств, полезных при отладке программ для процессора помогут получить необходимые практические навыки, с помощью которых читатель легко освоит другие типы сигнальных процессоров. На прилагаемом к книге диске находятся исходные тексты и исполняемые файлы программ, а так же некоторые полезные утилиты и средства разработки программного обеспечения для сигнальных процессоров.

Для специалистов в области разработки цифровой электронной аппаратуры, будет полезна студентам и аспирантам.

---

Примечание: I — вход, О — выход; минус перед сигналом означает низкий активный уровень сигнала.

Способ подключения к процессору различных периферийных устройств показан на структурной схеме, приведенной на рис. 2.5. В качестве примера, на этой схеме показано, как подключаются следующие устройства:

Внешний генератор или кварцевый резонатор с половинной тактовой частотой процессора 1/2x CLOCK OR CRYSTAL.

Последовательные устройства SERIAL DEVICE, например кодеки.

Системный интерфейс или микроконтроллер SYSTEM INTERFACE OR MICROCONTROLLER.

Байтовая память BYTE MEMORY.

До 2048 периферийных устройств ввода-вывода I/O SPACE PERIPHERALS.

Внешняя память OVERLAY MEMORY.

Рис. 2.5. Способ подключения к процессору различных периферийных устройств

При использовании внешней памяти, допускается подключение двух 8К-словных сегмента памяти программ TWO 8К РМ SEGMENTS и двух 8К-словных сегмента памяти данных TWO 8К DM SEGMENTS.

Из схемы видно также, какие именно сигналы процессора используются для подключения всех перечисленных внешних устройств.

На рис. 2.6 показан способ подключения кварцевого резонатора к сигнальному процессору. Конденсаторы должны иметь номинальную емкость от 22 до 33 пФ, а максимальная частота кварцевого резонатора должна быть вдвое ниже максимальной внутренней частоты процессора, поскольку внутри процессора производится аппаратное умножение внешней задающей тактовой частоты. Эта удвоенная частота выводится на сигнальный вывод CLKOUT процессора. Вместо кварцевого резонатора, для формирования задающей частоты синхронизации можно использовать интегральный генератор, который, однако, несколько дороже резонатора. В этом случае выход генератора необходимо подключить к выводу CLKIN процессора, а вывод XTAL оставить неподключенным.

Рис. 2.6. Способ подключения кварцевого резонатора к сигнальному процессору

Карта памяти процессора изображена в табл. 2.3. На первых двух фрагментах таблицы показаны режимы использования памяти программ. Эти режимы задаются с помощью внутреннего регистра PMOVLAY и подключения внешнего вывода процессора MMAP к нулевому потенциалу или к источнику питания соответственно. При сбросе процессора регистр PMOVLAY обнуляется, и подключается внутренняя память. В процессе выполнения программы содержимое этого регистра можно изменить, и переключить тем самым процессор на использование внешней памяти программ. Адресация памяти приведена в шестнадцатеричном формате записи.

Таблица 2.3. Карта памяти процессора

Параметр Адрес Память программ Адрес Память данных Адрес 8К слов ВНУТРЕННИЕ (PMOVLAY=0, MMAP=0) или 8К слов ВНЕШНИЕ (PMOVLAY=1 или 2, MMAP=0) 0x3FFF … 0x2000 8К слов ВНУТРЕННИЕ (PMOVLAY=0, MMAP=1) 0x3FFF … 0x2000 32 РЕГИСТРА 0x3FFF … 0x3FE0 8160 слов ВНУТРЕННИЕ 0x3FDF … 0x2000 8К слов ВНУТРЕННИЕ 0x1FFF … 0x0000 8К слов ВНЕШНИЕ 0x1FFF … 0x0000 8К слов ВНУТРЕННИЕ (DMOVLAY=0) или 8К слов ВНЕШНИЕ (DMOVLAY=1 или 2) 0x1FFF … 0x0000

Память программ может быть внутренней INTERNAL, т.е. размещенной на кристалле самого процессора, или внешней EXTERNAL, т.е. размещенной во внешних микросхемах памяти. Поскольку память программ организована 24 разрядными словами, суммарный объем внутренней памяти программ процессора может быть равен (8К слов+8К слов) × 3байта = 48 Кбайт.

На последнем фрагменте рисунка приведена карта памяти данных. Ее режим работы, как внешней или внутренней, определяется с помощью внутреннего регистра процессора DMOVLAY, который аналогично регистру PMOVLAY обнуляется при сбросе или включении процессора, обеспечивая тем самым включение режима использования внутренней памяти данных. В самой верхней области памяти данных размещены 32 служебных регистра процессора, которые организованы как память данных. Поэтому память данных усечена по объему на это количество ячеек памяти. Память данных организована шестнадцатиразрядными словами, поэтому суммарный объем внутренней памяти данных процессора составляет (8К слов + 8К слов) × 2байта = 32 Кбайт.

Учитывая разрядность банков памяти программ и памяти данных, суммарная емкость памяти процессора составляет 80 Кбайт. Это довольно большой объем памяти, достаточный для решения многих задач, написанных на языках ассемблера или Си.

В следующих главах, приведены примеры электрических принципиальных схем с применением описываемого сигнального процессора и рассказ о способах его программирования.

Глава 3. Практические схемы включения

В этой главе приводятся примеры принципиальных схем с применением сигнального процессора ADSP-2181, показывающие способ его подключения для применения в различных разработках.

Итак, приступим непосредственно к практике по освоению сигнального процессора. На рис. 3.1 изображена принципиальная схема тестовой платы для изучения процессора и отладки программ. Файл этой схемы, созданный в системе автоматического проектирования PCAD 4.5, записан на компакт-диск, прилагаемый к данной книге. На схеме показан способ включения самого сигнального процессора и периферийных устройств, подключаемых к нему. Рассмотрим последовательно все сигнальные выводы процессора и их назначение.

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы (продолжение)

Рис. 3.1. Принципиальная схема тестовой платы (окончание)

Как видно из схемы, процессор D1 имеет несколько выводов для подключения питания, что связано с необходимостью распределения токоведущих цепей для обеспечения помехоустойчивости. Используемый в схеме сигнальный процессор допускает питание от источника напряжением 4,5…5,5 В. Стабилизированное напряжение питания 5 В поступает с разъема питания XP1. Конденсаторы CP2 и C3–C7 обеспечивают фильтрацию напряжения по низким и высоким частотам соответственно. Индикатор HL4 с токоограничивающим резистором R3 индицирует наличие питания в схеме. Для питания аналоговой части схемы используются дополнительные элементы фильтрации L1 и C8–C10.

Следующими важными цепями являются входы и выходы генераторных сигналов XTAL, CLKIN и CLKOUT. Первые две цепи предназначены для подключения внешнего источника синхронизации. На приведенной схеме показан способ подключения к процессору кварцевого резонатора BQ1. В случае применения интегрального генератора выход генератора подключается к выводу CLKIN, а вывод XTAL не используется. Стоимость генераторов на сегодняшний день еще превышает стоимость кварцевых резонаторов, поэтому к процессору подключен более дешевый кварцевый резонатор. Номинальная резонансная частота такого резонатора или генератора не должна превышать половину предельно допустимой частоты для данного процессора. Так, для процессора с максимальной тактовой частотой 40 МГц она не должна превышать 20 МГц. Конденсаторы C1 и C2 должны быть керамического типа, емкостью от 18 до 30 пФ.

Внутри процессора производится аппаратное умножение внешней частоты, которая затем используется для синхронизации процессора. Внутренняя частота процессора будет составлять 40 МГц, а длительность выполнения команд 25 нс. Внутренняя частота выводится также на CLKOUT процессора и может быть использована для синхронизации других микросхем, подключаемых к процессору.

Временная диаграмма сигналов синхронизации показана на рис. 3.2, а допустимые параметры этих сигналов приведены в табл. 3.1.

Рис. 3.2. Временная диаграмма сигналов синхронизации

Таблица 3.1 Допустимые параметры сигналов синхронизации процессора

Параметр Минимум Максимум Единица измерения Сигналы синхронизации Требуемые длительности: tCKI 50 150 нс tCKIL 20 нс tCKIH 20 нс Характеристика переключения: tCKL 0,5tCK-7 нс tCKH 0,5tCK-7 нс tCKOH 0 20 нс

tCK= 0,5*tCKI