基于TMS320C6416T的CPCI信號處理板設(shè)計 - 全文

　　引言

　　CPCI規(guī)范是由PICMG制定的一種開放工業(yè)計算機標(biāo)準(zhǔn)，用于工業(yè)和嵌入式應(yīng)用。CPCI系統(tǒng)背板和CPCI板卡采用標(biāo)準(zhǔn)的2mm高密度氣密性針孔連接器，提高了系統(tǒng)可靠性。CPCI可采用IEEE 1101.11后端輸出方式，使系統(tǒng)維護更加便捷。

　　CPCI板卡的尺寸分3U(100mm×160mm)和6U(160mm×233mm)兩種，3U系統(tǒng)只提供32位/64位的PCI系統(tǒng)總線，6U的系統(tǒng)除了提供32位/64位的PCI系統(tǒng)總線外，還通過連接器接口J3、J4、J5實現(xiàn)自定義總線，可用作高速數(shù)據(jù)通信或通用輸入/輸出線等，適用于數(shù)字化高速處理的模塊化設(shè)計應(yīng)用。

　　本文利用TMS320C6416T內(nèi)部集成的32位、33MHz PCI主/從接口，給出了6U的CPCI信號處理板卡設(shè)計方案，并對其軟件設(shè)計特別是DSP的二次引導(dǎo)程序做了說明。

　　硬件設(shè)計

　　CPCI板卡有J1~J5五個連接器接口，其中只有J1是必須有的，為32位PCI信號接口。J2為64位擴展PCI信號。對于主控板以外的CPCI板卡，J3、J4、J5可用作用戶自定義接口。本文所設(shè)計的CPCI板卡使用J1、J4、J5接口，主要由DSP、FPGA、SDRAM、FLASH等組成。板卡以TMS320C6416T為核心，通過高性能FPGA實現(xiàn)AD數(shù)據(jù)采集后的預(yù)處理，然后經(jīng)64位寬的EMIFA總線傳入TMS320C6416T中進行數(shù)字信號處理，處理數(shù)據(jù)可通過32位PCI總線、光收發(fā)器或CPCI自定義總線傳輸至外部設(shè)備。CPCI的J1接口為32位、33M的PCI接口信號，與TMS320C6416T的PCI外設(shè)連接。DSP通過EMIFA的CE0存儲空間連接4片SDRAM芯片MT48LC32M16A2，擴展成64位寬度的128MB存儲器，CE1、CE2空間連接FPGA，通過J4、J5擴展。EMIFB的CE1空間通過FLASH芯片S29LV016D擴展2MB的FLASH，用于系統(tǒng)的自舉。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

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　　圖1 CPCI板卡框圖

　　處理板通過高速16位ADC芯片LTC2206實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽PGA進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括數(shù)字下變頻及緩存等，之后經(jīng)64位EMIFA總線通過EDMA傳到DSP中進行數(shù)字信號處理，最后通過CPCI總線傳輸?shù)街鳈C。板卡通過帶選擇器的時鐘分配器SY89464實現(xiàn)內(nèi)外時鐘的控制和單端時鐘到差分時鐘的轉(zhuǎn)換。FPGA的配置芯片采用EPC16，配置方式為PS，EPC和FPGA通過JTAG鏈實現(xiàn)編程。

　　TMS320C6416T通過SDRAM擴展256MB存儲空間，SDRAM采用512Mb芯片MT48LC32M16A2，位寬為16位，通過4個此芯片擴展為64位。

　　EMIFB的CE1空間通過FLASH擴展BOOTROM空間，采用FLASH芯片S29AL016D實現(xiàn)，S29AL016D有8位byte和16位word兩種方式，通過引腳byte#設(shè)置，這里使用8位數(shù)據(jù)格式。

　　PCI接口信號的連接如圖2所示，使能TMS320C6416T的PCI接口對應(yīng)PCI_en引腳置高。該接口符合PCI 2.2規(guī)范，為33M、32位的PCI主/從接口。

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　　圖2 TMS320C6416T的PCI接口電路圖

　　上電后DSP自動從4KB的EEPROM芯片93LC66B讀取配置信息。DSP與上位機可通過EDMA進行數(shù)據(jù)傳輸。

　　這里，DSP的輸入時鐘采用50M晶振通過零延遲時鐘緩沖分配器CY2308輸出，DSP的EMIFA、EMIFB外接存儲器時鐘為100MHz，也通過晶體振蕩器連接CY2308給出。

　　DSP和FPGA的核電壓均為1.2V，I/O電壓為3.3V，1.2V通過CPCI接口的5V電壓經(jīng)開關(guān)電源控制芯片TPS54612實現(xiàn)，3.3V經(jīng)LDO芯片MIC29300實現(xiàn)。電路如圖3所示。

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　　圖3 電源電路圖

　　軟件設(shè)計

　　板卡的軟件設(shè)計包括DSP的Boot程序、上位機的驅(qū)動程序及信號處理板需要實現(xiàn)的專門算法程序。這里重點介紹TMS320C6416的二次Bootloader程序設(shè)計。

　　TMS320C6416T的程序加載方式有HPI、ROM、Noboot、JTAG等幾種，通過上電時BEA[18:19]的值決定，板卡中可通過撥碼開關(guān)進行設(shè)置。使用ROM加載可實現(xiàn)系統(tǒng)上電自動加載，其加載過程是：DSP內(nèi)部Bootloader程序?qū)⒈４嬗谕獠縍OM(FLASH)中的前1K字節(jié)長度的程序自動搬到DSP內(nèi)部RAM 0地址處，然后從0地址開始執(zhí)行程序。由于應(yīng)用程序一般都大于1K字節(jié)，所以必須用二次引導(dǎo)的方法。二次引導(dǎo)程序放在FLASH的前1K字節(jié)中，這樣DSP自動Boot完成后就從0地址開始執(zhí)行二次引導(dǎo)程序。當(dāng)所有的數(shù)據(jù)都搬運完畢后，DSP跳轉(zhuǎn)到主程序的入口處，并開始執(zhí)行主程序。為了實現(xiàn)這一引導(dǎo)過程，首先需要在驗證好的算法程序工程文件中加入二次Boot的搬移文件，并修改CMD文件，通過CCS編譯成out文件后，通過hex工具轉(zhuǎn)換成.hex文件，再轉(zhuǎn)變文件格式成bin二進制數(shù)據(jù)文件格式，最后通過另外的FLASH燒寫工程文件寫入到FLASH中。

　　TMS320C6416T只支持8位的ROM加載。ROM中的程序存儲格式需要與芯片的大小端存儲模式一致。

　　搬移文件Boot.asm采用匯編語言實現(xiàn)，實現(xiàn)1K代碼的搬移。

　　CMD文件中應(yīng)將Boot段分配為從地址0開始的1K空間，F(xiàn)LASH空間從0x64000000開始，長度也為1K，即分配為：

　　MEMORY

　　{

　　BOOT : origin = 0x00000000, len = 0x00000400

　　ISRAM : origin = 0x00000400, len = 0x000ffc00 ;DSP的內(nèi)部L2空間

　　FLASH : origin = 0x64000000, len = 0x00000400

　　}

　　利用CCS經(jīng)工程文件編譯生成.out文件后，再利用其自帶的Hex轉(zhuǎn)換工具hex6x.exe轉(zhuǎn)換成hex文件，轉(zhuǎn)換時需要首先編寫一個cmd命令文件， 說明需要轉(zhuǎn)換的out文件名、存儲器寬度、Flash起始地址和長度、hex輸出文件名等。如cmd文件名為myHex_cmd，則調(diào)用格式為：

　　hex6x.exe myHex_Cmd.cmd

　　hex文件以行為單位。每行以字符 ‘:’ (0x3a)開頭，以回車和換行符(0x0d、0x0a)為結(jié)束。每行開始和結(jié)束之間的所有內(nèi)容都是以字符形式表現(xiàn)的。通過C程序?qū)ex文件轉(zhuǎn)換為bin文件，在燒寫FLASH的工程中以.h頭文件保存定義為data數(shù)組。然后在CCS中通過FlashBurn的工程文件將data數(shù)據(jù)燒寫到FLASH中，即可實現(xiàn)DSP的上電自舉。

　　FlashBurn工程文件主要實現(xiàn)S29AL016D的編程。S29AL016D的編程流程圖如圖4所示。

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　　圖4 FLASH寫操作流程圖

　　按照S29AL016D的命令格式和程序流程，燒寫FLASH子程序如下。其中，*data為要寫入的數(shù)組，nByte為數(shù)據(jù)個數(shù)。

　　void BurnFlash(unsigned char *data, unsigned long nBytes)

　　{

　　unsigned short timeout;

　　unsigned char c;

　　while(nBytes--)

　　{

　　*(volatile char *)0x64000AAA = (char)0xaa;

　　*(volatile char *)0x64000555= (char)0x55;

　　*(volatile char *)0x64000AAA = (char)0xa0;

　　*flashnext = *data;

　　c = *data++;

　　timeout = 0;

　　do

　　timeout += 1;

　　while(*flashnext != c && timeout < (unsigned short)0xffff);

　　flashnext++;

　　}

　　}

　　對于上位機驅(qū)動程序，在Windows系統(tǒng)中，PCI設(shè)備需要專用的驅(qū)動程序，系統(tǒng)上電后會自動掃描PCI總線上的設(shè)備，本文通過WindRiver開發(fā)工具實現(xiàn)驅(qū)動程序。設(shè)置好DSP的PCI寄存器DSPP，即可直接訪問DSP的預(yù)存取4M空間，設(shè)置DSP的寄存器RSTSRC的值，即可產(chǎn)生PCI中斷。

　　結(jié)語

　　CPCI總線系統(tǒng)在當(dāng)前工控、通信領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，本文通過TMS320C6416T給出了CPCI信號處理板卡的具體設(shè)計方案，對DSP的二次引導(dǎo)程序的設(shè)計進行了詳細(xì)說明，對CPCI板卡的設(shè)計具有很好的指導(dǎo)意義。