ＭＳ３２０Ｃ３１芯片在ＤＳＰ和嵌入式系統中的應用研究

摘要：TMS320C31芯片是DSP或嵌入式系統應用的理想選擇。它具有功能強大的指令集，其高速率、嶄新的結構增強了DSP應用的性能。該文介紹了TMS320C31芯片在嵌入式系統中的一個應用實例，介紹了系統開發的主要過程。

關鍵詞：TMS320C31；數字信號處理；嵌入式系統；仿真

中圖分類號：TP391文獻標識碼：A文章編號：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是一款功能強大、性價比高的芯片，是DSP或嵌入式系統應用的理想選擇。它具有功能強大的指令集，高速率、嶄新的結構增強了DSP應用的性能。它的JTAG IEEE 1149.1仿真端口和微計算器/boot-loader功能大大方便了計算機仿真、調試及嵌入式系統的開發。今天，該低功耗芯片的速率范圍大致在27MHz～50MHz。

隨著現代生活的信息化和電子化，功能多樣而又精巧實用的掌上型智能設備日益受到用戶的青睞。現在的PDA功能要求較多，需要存儲功能、通信功能、GUI功能、多媒體功能等等各種功能集于一體。PDA產品根據不同的應用場合有不同的功能要求，涉及多種當前最先進的技術，如嵌入式CPU應用、多任務操作系統RTOS、GIS應用、衛星定位系統定位、無線通信、藍牙技術、CCD技術、圖像處理技術等。本文敘述了TMS320C31在PDA方面的一個應用的例子：設計多通道計算系統，介紹其主要的開發過程和實現方法。

2 系統性能要求

開發的15通道計算設備可以配置成一組15通道的計算器，或者三組獨立的5通道計算器。每一組可以根據內部時鐘或同一組中任何通道的外部事件進行一定量的計算。計算器可以通過前端的鍵盤和顯示器或者是一臺具有IEEE-488接口的主機進行控制，下面是主要特征：

1) 靈活選擇通道；

2) 基于從20到1000000毫秒的或者是從1到10000000秒時鐘定時；

3) 最大的外部事件計數是0xffffffff；

4) 計數的過程中讀數；

5) GPIB數據傳輸中斷率超過1.2MHz；

6) 溢出顯示；

7) 輸入最大計算頻率4MHz。

3 系統仿真環境構建

用C語言編寫的仿真端口工具包在MS-DOS/Windows、OS2、SUN-Solaris等下面通過修改Makefile選項很容易進行編譯。仿真的硬件平臺可以基于AT總線、Sbus總線、VME總線等。可以對頭文件的定義作適當裁減，以適應不同的仿真硬件平臺。TMS320C31芯片使用模塊端口掃描設備（MPSD）技術允許通過串行掃描路徑到SN74ACT8900芯片通過一個12針頭進行完全仿真。我們需要設計接口硬件，使仿真硬件平臺和JTAG IEEE 1149.1仿真端口之間進行通信，采用一個44針頭外掛SN74ACT8990測試總線控制器。圖1所示的流程圖顯示了我們的AT總線上的TMS320C31仿真硬件主機的概念。

該設計仿真系統功能齊全，特別是當開發人員需要在不同的仿真硬件和軟件平臺上實現應用的時候。

所有的仿真系統都具有類似的圖形用戶界面，幫助用戶開發、測試、精簡C程序和匯編語言程序。這提供了有效、靈活的功能，如斷點、單步執行、用戶中斷和內存顯示。

4 計算系統的設計

4.1 硬件設計

我們選擇33Mhz的TMS320C31芯片作為系統微處理器不僅僅是因為低功耗，而且因為它的性能好。它是DSP應用及基于應用的通用微處理器的理想芯片，它的功能指令集極大地縮短了軟件開銷。

我們使用了6個表面掛接的AM9513A系統定時控制器來控制15個通道的計算。除此之外，系統有若干個可編程邏輯器件，用于對計算同步、定時、溢出鎖定、設備解碼、等待狀態機進行編程。可編程邏輯器件的廣播時延在35ns以下。使用帶有直接I/O的PLD，廣播時延更適合于高速應用。設計等待狀態機制是為了處理慢速定時外圍設備，如顯示單元、本地顯示和控制的鍵盤。板子上的GPIB-TNT4882芯片通過GPIB連接器在計算器和主機之間通信。GPIB和CPU之間的FIFO緩沖數據增加了GPIB的傳輸吞吐量。

所有的硬件組件都被接到一個6.35*9.25的六層板上，接地信號和5伏電壓信號分別占一個獨立板。圖2顯示了計算板子的硬件結構。

4.2 固件設計

有4個64K*8 27512的EPROM和一個64K*32的RAM模塊，訪問時間20ns。在仿真/開發階段直接通過PC主機下載軟件到快速RAM，用于在線仿真和調試。開發之后，完成的代碼和bootloader通過編程到廉價、低速、可擦寫的EPROM里面。上電之后，TMS320C31下載駐留在EPROM里面的代碼到快速RAM里面，用于實時執行。用語64K、32bit的字代碼啟動時間僅僅是60毫秒。

4.3 軟件設計

相對于其他嵌入式操作系統（如Windows CE、 Palm OS、 EPOC），Linux具有以下獨特的優勢：跨平臺、裁減性好、開放源代碼、內核小、效率高、免費、開發速度快。正因為如此，我們采用Linux作為TMS320 DSP芯片的操作系統。

我們用匯編語言來編寫底層功能，例如I/O驅動、中斷處理，加快處理效率。用C語言來編寫高層應用程序，方便實現各種功能。C交叉編譯器包括各種數學函數、類型轉換函數和其他通用庫。

圖3顯示了軟件開發流程。

我們可以擴展計算設備，一種最優的方案是設計附加接口電路到開發板上的相應模塊，而不需要修改該模塊。這樣，可以使得設備達到最大配置，達到15個通道的計算器和32個通道的控制器。

5 結論

由于系統采用了功能強大的TMS320C31芯片，通過上面軟硬件兩方面的工作，我們可以構建實時性高、可擴展性強的計算系統。隨著嵌入式技術的不斷發展和用戶需求的不斷增多，相信今后該款芯片的應用將會越來越廣泛。

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