TMS320C6000TM扩展总线与MPC860微处理器的接口

    摘要：分析了Motorola MPC860嵌入式微处理器及数字信号处理器TMS320C6000 TM的特征，介绍了TMS320C6202DSP扩展总线与MPC860的接口实现。

    关键词：DSP QUICC VLIW（超长指令字）

MPC860是PowerPC系列产品。PowerPC系列是由IBM、Motorola和Apple联合研制的基于RISC结构的微处理器。PowerPC可运行于多种操作环境，使用的工作平台从便携式设备到服务器。TMS320C6000系列是1997年美国TI公司推出的DSP芯片，这种芯片是定点、浮点兼容的DSPs系列。其中定点系列是TMS320C62xx，浮点系列是TMS320C67xx，它们可以通过DSP的HPI（Host Port Interface）和MPC860相连。本文针对C6202介绍另外一种接口方法，即同步主机接口模式下C6202的扩展总线与MPC860的接口实现，其中C6202为从处理器，MPC860为主处理器。

1 TMS320C6000的主要特点

TMS320C6000系列DSP（数字信号处理器）是TI公司最新推出的一种并行处理的数字信号处理器。TMS320C6000片内有8个并行的处理单元，分为相同的两组。它的体系结构采用超长指令字（VLIW）结构，单指令字长为32bit，8个指令组成一个指令包，总字长为8×32=256bit。芯片内部设置了专门的指令分配模块，可以将256bit的指令包同时分配到8个处理单元，并由8个单元同时运行。芯片的最高时钟频率可以达到300MHz，通过片内的锁相环（PLL）将输入时钟倍频获得。当片内的8个处理单元同时运行时，最大处理能力可以达到2400MIPS。

TMS320C6000主要是为移动通信基站的信号处理而推出的超级处理芯片。200MHz时钟的C6201完成1024点定点FFT的时间只要66μs，比传统的DSP要快一个数量级，在民用和军用领域都将有广阔的应用前景。

2 TMS3206000的扩展总线

目前，TMS320C6000系列中中有C6202和C6203具有扩展总线。它们是在C6201/6701主机接口（HPI）的基础上发展起来的。

扩展总线是一个32bit宽的总线，支持与异步外设、异步/同步FIFO、PCI桥及外部主控处理器的接口。它同时还提供了一个灵活的总线仲裁机制，可以进行内部仲载，也可以由外部逻辑完成。

扩展总线从结构上可以分为两部分：I/O接口和主机接口，如图1所示。

I/O接口，扩展总线共管辖4个XCE外部空间，4个空间可以分别配置成两种工作模式：异步I/O模式和同步FIFO模式。这两种模式可以在一个系统中同时工作。异步I/O模式的接口信号时序与EMIF类似，具有可编程程度高的特点。这一模式下，扩展总线接口的4根地址信号使得每个XCE空间最多可以挂接16个外部设备。FIFO模式则提供了与同步FIFO无缝接口的能力，可以直接控制1个进行读操作的同步FIFO或4个进行写操作的同步FIFO。借助少量外部逻辑，每个XCE空间可以管理16个读操作FIFO或16个写操作FIFO。扩展总线I/O口与DSP的其他存储空间由DMA控制器进行连接。

主机接口也有两种工和模式：同步和异步。同步模式提供了主控和从属两种工作方式，此时地地址信号和数据信号复用相同的管脚。异步模式只有从属功能，它与C6201/C6211/C6701/C6711的HPI操作完全类似，只是数据宽度为32bit。异步模式可以用来与全类似，只是数据宽度为32bit。异步模式可以用来与其他微处理器接口。扩展总线主机接口与DSP存储器的连接由DMA辅助通道完成。

在同步主机接口模式下，主机的数据与地址信号复用，并且与i960Jx兼容。目前主流的PCI接口芯片都采用i960总线作为芯片内部总线，这样C6000与PCI总线接口时，需要的外部逻辑可以减少到最少。尤其在作为从属处理器时，同步主机接口同样可以非常方便地与其他一些通用处理器接口。C6202的扩展总线还具有突发传输的能力。本文即利用这一方式实现MPC860与C6202扩展总线的接口。

C6202处理器的工作频率最高可以采用50MHz，经内部4倍频后升至200MHz，每个时钟周期最多可以并行执行8条指令，从而可以实现1600MIPS的定点运算能力，完成1024点定点FFT的时间只需70μs。

3 MPC860介绍

MPC860 PowerQUICC是当今比较流行、性能相当优越的单片集成嵌入式微处理器，继承了以前享有盛誉的32bit 68360Quicc和68302的许多优点。它内部集成了微处理器和一些控制领域常用的外围组件，特别适用于互联网络和数据通信市场。PowerQUICC可以被称为MC68360在网络和数据通信领域的新一代产品，提高了器件运行的各方面性能，包括器件的适应性、扩展能力和集成度等。MPC860 PowerQUICC通信处理器可根据用户要求提供2～4个串行通信控制器、不同规格的指令和数据缓存及各种级别的网络协议支持。该产品专为宽带接入设备如：远程接入路由器、DSLAM、接入集线器、LAN/WAN交换机、PBX系统和网关等设计。

在MPC860中包括3个主要模块：PowerPC核心、系统接口单元（SIU）、通信处理模块（CPM）。PowerPC是主要的处理机单元，通常称为Embedded PowerPC核心（或EPPC），它包括缓存和存储器管理单元（MMU），在40MHz时钟时为50 MIPS指令速度；第二个主要模块为系统接口单元，它的主功能是提供内部总线和外部总线的接口；第三个主要模块为通信处理机模块，CPM在不同的通信设备如SCC和SMC上发送接收数据通信，通信设备可以独立工作。SCC和SMC也可以用于时分复用总线。

CPM模块中有一个32位RISC微处理机。MPC860有2个CPU：PowerPC和32位RISC。PowerPC执行高层代码，RISC处理实际通信的低层通信功能。2个处理机主要是通过内部存储空间配合工作。在存储器区，每个处理机都可以设置控制位、读状态位。

MPC860中有16个串行DMA单元。每一个通信设备都有一个发送DMA和接收DMA。32位RISC控制这16个串行DMA在通信设备和存储器之间传送数据。当MPC860接收数据时，串行DMA从通信设备接收数据并放入存储器中；发送数据顺序相反，串行DMA从存储器中取数据，把数据送到通信设备。串行DMA只服务CPM的RISC，但是2个虚拟的IDMA可以为用户所用。

4 扩展总线接口实现

MPC860内部集成了嵌入式的PowerPC核和使用特定RISC处理器的通信处理模块（CPM）。这个双处理器结构优于传统结构，因为CPM可以从嵌入式的PowerPC核卸出外围任务。

4.1 接口实现

同步主机接口模式下，C6202和MPC860的接口如图2所示。尽管图2中的C6202处于从方式，但还是具有扩展总线仲裁的能力，用于异步I/O和扩展总线的FIFO接口。只有当这两个设备共享总线时，MPC860内部的仲裁才被使用。

扩展总线的管脚定义

扩展总线管理 MPC860的管脚 功能定义

XCNTL A[29] MPC860用于控制信号的地址位，A31是MPC860地址总线的LSB

XBLAST BDIP 触发传输指示，XBLAST的极性（在这个例子高有效）由复位时XD[13]的上位电阻决定

XW/R RD/WR 读写存取指示，XW/R的极性（在这个例子高有效）由复位时候的XD[12]的上拉电阻决定

XD[31:0] D[0:31] MPC860用D[0:3]作为32位的接口。D0是MPC860数据总线的MSB，而XD31是扩展总线的MSB。

XCLK XLKOUT 自身（扩展）总线时钟

XHOLD 间接逻辑需与 扩展总线仲裁信号

XHOLDA BR、BG和BB连接 注意内部扩展总线仲裁已经处于使能端

XAS TS 新的转移开始指示

XCS A[28:0] MPC860的地址解码从而产生XCS信号

XBE[3:0] TSIZE[1:0]、A[31:30] 字节使能用TSIZE和A[31:30]的解码来实现

XRDY TA SETA bit在MPC860选择寄存器中设置为1，用于指示TA由外部总线产生

MPC860的内部总线仲裁处于禁止状态，相反扩展总线的仲裁处于使能状态。DSP的字节使能信号由TSIZE[1:0]和MPC860的地址线A[31:30]通过解码得到，DSP字节使能换算表如表1所示。

表1 DSP字节使能换算表

4.2 自举配置

MPC860及扩展总线把数据总线的上拉和下拉电阻用于硬件复位的BOOT配置，MPC860和DSP需要不同的上拉电阻配置。方法之一就是用总线开关（bus switch）。在这个例子中用SN74CBT16390（2个16bit和32bit之间FET复用/解复用总线开关）在复位的时候人离MPC860和DSP的数据总线，允许每一个设备有自己不同的复位配置字。方法之二就是首先硬件复位（复位的过程中，XBUS的上拉和下拉电阻用于配置MPC860），而DSP复位应该在MPC860之后。在DSP复位之后，MPC860有效地驱动数据总线上用于配置DSP的数据值，从而DSP将被配置。

由于两个设备都可以运行在内部总线仲裁使能或者禁止方式，所以内部扩展总线仲裁（TMS320C6000扩展总线）处理总线的仲裁。不管内部还是外部的仲裁配置都在系统复位时设置。假设处于外部仲裁，那么在MPC860从数据总线上取样硬件复位配置字的时候，MPC860的ERAB位必须设置为1；而当DSP从复位到内部总线仲裁的数据总线上取样硬件复位配置字的时候，TMS320C6000的XARB位必须设置为1。

通过在XD[31:0]上拉和下拉电阻的扩展总线自举配置如下：

字段(field) 定义

BLPOL 当DSPs作为扩展总线的从属时，XBLAST信号的极性BLPOL=1，XBLAST最高有效

RWPOL 扩展总线读/写信号的极性，RWPOL=1,为XW/R

HMOD 主机（host）的模式（对应于HPIC中的XB状态），HMOD=1，外部的主机接口处于同步的主/从模式

XARB 扩展总线仲裁使能（对应于XBGC中的状态），XARB=1，内部扩展总线仲裁处于使能状态

FMOD FIFO模式（对应于XBGC中的状态）

LEND 小端模式，LEND=1，系统运行在小端模式

BootMode[4：0] 设定设备自举模式，包括芽机口自举、ROM、boot、存储器映射选择

为使工作准确，MPC860的高速缓存必须关闭使能。数据缓存是否使用，只要将相应的状态写放DC_CST寄存器。在禁止状态，缓丰了标志状态位被忽略，访问将通过总线传输。数据缓存在复位后默认为禁止。禁止的数据缓存不影响数据地址的逻辑转换，在MSROR位的控制下继续进行，任何写入DC_CST寄存器的操作必须优先于一个同步指令，则确保在数据存储时，数据缓存的使能变化。由于总线错误或者执行特定的直接缓存线性控制时，数据缓存产生一个中断信号，缓存进入禁止状态，类似于禁止。每一页都有不同的存储控制属性，MPC860支持缓存禁止（CI）、写入（WT）和监视（G）属性，但不支持存储器的一致性。对于要求存储一致性的页，必须编程设置为缓存禁止。G属性用于映射那些对不确定存储比较敏感的I/O设备，有G属性的页使存储强行停止，除非是非敏感性存储或者被核（core）取消。是否可缓存的区域必须定义，对于主要存储区的写回（write-back）或写通（write-through）模式，必须在使数据缓存使能之前通过初始化MMU来选择。

经实验验证，MPC860可以对扩展总线进行写操作，也可以读操作，基本功能已经实现。此方案具有一定的实用性。