高性能浮点DSP芯片TMS320VC33

    摘要：TMS320VC33是美国TI公司新推出的TMS320C3X系列新一代浮点式数字信号处理器。它以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。是通信、手机、MODEM、DVD、便携式仪器仪表中需要进行俘点运算应用中的一种理想 的DSP器件。文中介绍了TMS320VC33的硬件结构、性能特点、指令系统、仿真工具和开发环境，最后给出了由TMS320VC33组成的最小应用系统。

    关键词：数字信号处理器 TMS320VC33 浮点DSP

TMS320VC33是TI公司新推出的TMS320VC3X系列新一代浮点DSP。它是在原来的TMS320C31浮点DSP的基础上开发一个价格更低的版本（15US$），该产品以高速、低功耗、低成本、易于开发为显著特点。由于它采用了内部1.8V、外部3.3V供电，因而功耗比原有型号降低了大约一个数量级，而且能支持高达150M/FLOPS的运行速率，是需浮点运行的便携式产品应用场合中的一种理想的DSP器件。

1 TMS320VC33的硬件结构

TMS320VC33采用144脚LQFP四边形封装。表1所列是其引脚号与引脚名称的对应关系表。图1是其功能结构图。它的主要性能如下：

表1 144脚LQFP封装的TMS320VC33引脚号码与引脚名称的对应关系表

●具有高速的浮点运算能力，其中TMS320VC33-150型在13ns单周期指令执行时间时为150MFLOPS和75MIPS；而TMS320VC33-120型在17ns单周期指令执行时间时为120MFLOPS；60MIPS；

●带有34k×32位（1.1M位）的片内双静态RAM，分为2个16k×32位块和2个1k×32位块；

●内含5倍频的锁相环（PLL）时钟发生器；

●低功耗，在150MFLOPS下运行时，功耗低于200mW。

●带有32位的高性能CPU;

●可进行16/32位整数和32/40位的浮点操作；

●具有四个内部译码页选，可大大简化与I/O及存储器的接口；

●带有启动程序装载功能；

●外部中断可选择边沿触发方式和电平触发方式；

●具有32位的指令字，24位的地址线；

●内含8个扩展精度寄存器；

●片内存储器可映射外设，其中包括一个串行口、2个32位定时器和一个DMA；

●采用TI公司的0.8μm Timeline TM制造技术；

●采用144管脚LQFP封装；

●带有2个地址发生器、8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术单元（ARAUs）；

●具有两个低功耗模式；

●支持2个或3个操作数指令；

●在一个单指令周期并行进行算术/逻辑单元（ALU）和乘法器运算；

●具有块重复功能；

●可零开销循环和单周期分支；

●具有条件调用和条件返回指令；

●总线控制寄存器配置选通控制等待状态数；

●采用1.8V内核，3.3V I/O供电；

●具有符合IEEE 1149标准的片内扫描仿真接口（JTAG）。

图2是TMS320VC33存储器映像图。

2 TMS320VC33的指令系统

除了个别在C32才有的外设和在C30才有的第二个外部端口以及第二串行口外，所有的C3XDSP代码都是兼容的，因此它们都是基于同样技术的浮点CPU。TMS320VC33的指令集就是以前的C3X指令集。共分为6个功能组：1.装入与存储指令；2.两操作数算术/逻辑运算指令；3.三操作数算术/逻辑运算指令；4.程序控制令；5.互锁操作指令；6.并行操作指令等。使用C3X指令集编程需注意以下几个问题：

（1）延时转移的使用

延时转移在单周期内执行，而通常的转移需要4个周期，不管转移发生与否，后面的三条指令总是要执行的。如果后面的指令少于三条，则使用延时转移时要再加上无操作指令（NOP），这样可以节省机器时间。

（2）单指令/指令块循环结构的使用

使用这种方式可以做到零开锁循环，不过要注意RPTS是不可中断的。

（3）并行指令的使用

在执行乘法时，可以并行执行加（减）；在做乘法或算术/逻辑运算时，可以并行行执行存储。以此来提高单周期内执行的操作个数。为了最大限度地提高效率，要注意并行指令中的寻址模式，并适当地安排数据。

寄存器是访问存储器的有效途径。加强寄存器的使用，有助于使用并行指令，也有助于防止在各种寻址模式中使用寄存器时可能产生的流水冲突。

（5）高速缓存的使用

在与此同时片外慢速存储器连接时，高速缓存的使用显得特别重要。对于使用者来说，cache是透明的，只需将其使能即可。

（6）尽量使用片内存储器

片内存储器的访问速度要快得多。在单周期内存储器可以调出2个操作数，如果首先使用与CPU并行的DMA来将数据传入片内存储器，以可以最大限度地发挥其功能。

（7）避免流水作业时的冲突

在时间要求很苛刻的情况下，要确保不会因为冲突而丢失任何机器周期。为了验证冲突的存在，可在开发工具上（软、硬仿真器）对该程序进行跟踪，以及时确认流水作业的冲突，再经认真分析冲突的原因，进而解决有关问题。

3 仿真工具及开发环境

由于所有C3X DSP具有相同的CPU，所以'C30、'31或'32上的程序可以很方便地移植到VC33上来使用，也可以用现有的C3X开发工具来编写VC33程序。

TMS320C3X的开发工具有：

C3X软件仿真器；

C3X优化C编译/汇编器；

DSK（Design Starter Kit）；

评估板EVM（Evaluation Module）；

XDS510'C3XC source dedugger software;

XDS510 emulator hardware with JTAG;

C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO.

其中，C3X/C4XCODECOMPOSSORSTUDIO是一个集成的开发平台，具有编辑、汇编、编译、软硬件仿真调试功能，是一个界面非常友好、功能完善的开发软件.

4 最小应用系统

在采用TMS320VC33来组成应用系统时，首先要考虑TMS320VC33所具有的各种功能是否满足应用系统的要求，如能满足，则称这样的系统为最小系统.VC33由于其片内无ROM（或EPROM或FLASH），故其最小应用系统还应包括外接的EPROM或FALSH程序存储器芯片.当最小系统不能满足系统功能的要求时，需扩展ROM、ROM、I/O、A/D、D/A及其它所需的外围芯片.DSP最小系统还包括没有集成在芯片内的其它器件如晶体振荡电路、复位开发和电源管理芯片等。

图3为典型的TMS320VC33最小应用系统的电路原理图，利用该电路可以实时在线对TMS320VC33芯片系统仿真开发和学习研究，其中TPS73HD301用于向VC33提供3.3V和1.8V的电源信号，并由外部电路提供15MHz的时钟信号，当EDGEMODE接高电平时，为外部边沿触发中断方式；MCBL/MP引脚为高电平时可使VC33工作于微计算机自引导方式，在这种方式下，TMS320VC33可从JTAG仿真口直接设定装入程序运行，不过在应用系统由三个特定的地址装入程序（BOOT1，BOOT2，BOOT3）或从串口装入程序时，具体应用系统应视需要来设计确定。