TMS320F2812慢速外設(shè)接口的時(shí)序控制

TMS320F2812通常能夠?qū)崿F(xiàn)與常用外圍芯片的時(shí)序匹配，如RAM、D/A等；但是，當(dāng)遇到讀、寫周期十分緩慢的輸入/輸出設(shè)備，如液晶顯示模塊、打印機(jī)、鍵盤時(shí)，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路。本文對(duì)定點(diǎn)DSP芯片的外部接口時(shí)序進(jìn)行分析和研究；著重探討TMS320F2812與液晶顯示模塊直接連接時(shí)的時(shí)序匹配問題，并提供相關(guān)解決方案。
關(guān)鍵詞 TMS320F2812 慢速外設(shè) LMl9264A 時(shí)序控制

引 言
??? TMS320F2812(以下簡(jiǎn)稱F2812)是美國(guó)德州儀器公司(TI公司)推出的C2000家族中最新一代產(chǎn)品。該芯片采用32位操作，大大提高了處理能力，主頻可以工作在150 MHz(時(shí)鐘周期可達(dá)6.67 ns)，其先進(jìn)的內(nèi)部和外設(shè)結(jié)構(gòu)使得該處理器主要用于大存儲(chǔ)設(shè)備管理、高性能的控制場(chǎng)合。較之C2000系列的其他產(chǎn)品，該芯片的時(shí)序操作更加靈活、獨(dú)立。為了進(jìn)一步理解F2812和緩慢外設(shè)的接口和設(shè)計(jì)技術(shù)，有必要討論該芯片時(shí)序操作的特點(diǎn)。

1 F2812的讀寫時(shí)序特點(diǎn)
??? 在F2812中，對(duì)外部器件的讀、寫訪問都是通過外部接口模塊XINTF來(lái)實(shí)現(xiàn)的。它類似于C240X的外部接口，但也作了三方面的改進(jìn)。
??? ①原來(lái)的TMS320LF240X系列，程序存儲(chǔ)空間、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和I/o空間都映射在相同的地址(0000～FFFF)，對(duì)它們的訪問是通過不同的指令來(lái)區(qū)分的；而在F2812中，外部接口模塊分成了5個(gè)固定的存儲(chǔ)映像區(qū)域：XZCS0、XZCSl、XZCS2、XZCS6、XZCS7，可尋址1 MB的片外存儲(chǔ)器空間，具有獨(dú)立的地址。
??? ②F2812的每個(gè)XINTF區(qū)都有一個(gè)片選信號(hào)。其中，有地區(qū)域的片選信號(hào)在內(nèi)部是“與”在一起的，組成了一個(gè)共享的芯片選擇，比如XZCSo和XZXSl共享一個(gè)片選信號(hào)XZCSO、ANDI,XZCS6和XZCS7共享一個(gè)片選信號(hào)XZCS6XZCS7.在這種方式下，同一個(gè)外部器件可被連到兩個(gè)區(qū)，或者可以用外部譯碼邏輯來(lái)區(qū)分這兩個(gè)區(qū)。
??? ③5個(gè)固定存儲(chǔ)映像區(qū)域的每一個(gè)區(qū)還可以分別對(duì)等待狀態(tài)數(shù)、讀寫選通信號(hào)的建立時(shí)間、激活時(shí)間和保持時(shí)間進(jìn)行編程。

??? 可編程的等待狀態(tài)、芯片選擇和可編程的選通時(shí)間使得該接口與外部存儲(chǔ)器及外設(shè)脫離了聯(lián)系，可以靈活、獨(dú)立地進(jìn)行外部擴(kuò)展。這里，對(duì)外部器件進(jìn)行讀、寫訪問的基時(shí)鐘是xINTF內(nèi)部時(shí)鐘xTIMCLK。通過寫XINTF-CNJF2寄存器的XTIMCLK位，可以將該時(shí)鐘配置成與SYSCLK0UT相等和等于SYSCLKOUT的1/2，并且，對(duì)任何一個(gè)映射在XINTF區(qū)的外部器件進(jìn)行讀、寫訪問都可劃分為建立、激活和跟蹤三個(gè)階段?？梢酝ㄟ^相應(yīng)的XTIMINCO/1/2/6/7寄存器來(lái)設(shè)置這三個(gè)階段的周期，使之滿足系統(tǒng)的需要。F2812的讀寫時(shí)序如圖1、2所示。

??? 由圖1、2可知，在建立階段，相應(yīng)XINTF區(qū)的片選信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，地址有效；默認(rèn)情況下，該階段的周期為最大值——6個(gè)XTIMCLK周期。在激活階段，對(duì)外部器件進(jìn)行訪問：在讀訪問時(shí)，讀選通信號(hào)(XRD)變低并將數(shù)據(jù)鎖入DSP；在寫訪問時(shí)，寫使能信號(hào)(XWE)變低并將數(shù)據(jù)放置在數(shù)據(jù)總線上。默認(rèn)情況下，該階段的周期為最大值——14個(gè)XTIMCLKK。在跟蹤階段，讀或?qū)戇x通信號(hào)變回為高電平，但其地址仍保持有效。默認(rèn)情況下，該階段的周期為最大值——6個(gè)XTIMCLK周期。

??? 由此可得，F(xiàn)2812的讀、寫周期(激活階段)的最大值為14個(gè)XTIMCLK周期。如果將XTIMCLK的頻率設(shè)置為SYSCLKOUT的1/2，則讀、寫周期的最大值為180 ns；并且，其讀、寫操作數(shù)據(jù)的保持時(shí)間最大可以達(dá)到6個(gè)XTIMCLK周期——80 ns。因此，F(xiàn)2812能夠?qū)崿F(xiàn)與常用外圍芯片的時(shí)序匹配，如RAM、D/A等；但是，當(dāng)遇到讀、寫周期十分緩慢的輸入/輸出設(shè)備，如液晶顯示模塊、打印機(jī)、鍵盤時(shí)，就需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路。

2? 液晶顯示模塊的讀寫時(shí)序
??? 以深圳市拓普微公司的LM19264A漢字圖形液晶顯示模塊為例，讀寫時(shí)序如圖3、4所示。

??? 該液晶模塊的使能信號(hào)E的周期tcYc最小為1500 ns，使能信號(hào)脈沖寬度tWEH、twEL最小為700 ns。在E為高電平時(shí)，該液晶模塊處于讀、寫周期。如果采用直接控制方式，即CPU采用總線方式控制液晶模塊，DSP的讀、寫周期最大值為180 ns，而液晶模塊的讀、寫周期，即E的高電平信號(hào)，最小為700 ns。DSP的讀、寫時(shí)序不能滿足該液晶模塊的要求。如果采用間接的控制方式，即CPU采用并口方式控制液晶模塊，可以實(shí)現(xiàn)二者的時(shí)序匹配，但會(huì)降低接口效率。顯然，最好的方法就是設(shè)計(jì)相應(yīng)的外部硬件等待電路來(lái)擴(kuò)展DSP的讀、寫周期。

3 F2812的XREADY信號(hào)
??? F2812通過采樣XREADY信號(hào)，可以擴(kuò)展讀、寫訪問的激活階段。因此，可以利用該信號(hào)講行硬件展展．從而產(chǎn)生任何數(shù)目的等待狀態(tài)。

??? 在F2812中，對(duì)XREADY信號(hào)的采樣可以分為同步采樣和異步采樣兩種。同步采樣時(shí)，在總的建立+激活周期之前，對(duì)XREADY采樣一個(gè)XTIMCLK周期；而異步采樣時(shí)，在總的建立+激活周期之前，要對(duì)XREADY采樣三個(gè)XTIMCLK周期?？梢?，在異步采樣方式中，XREADY信號(hào)需要保持三個(gè)XTIMCLK周期，不會(huì)因?yàn)閄READY信號(hào)在激活周期之前的一個(gè)低電平擾動(dòng)就產(chǎn)生等待狀態(tài)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗擾能力。默認(rèn)情況下，該芯片采用異步采樣方式。

??? 無(wú)論是同步采樣還是異步采樣，如果發(fā)現(xiàn)XREADY信號(hào)為低，則激活階段擴(kuò)展一個(gè)XTIMCLK周期，在下一個(gè)XTIMCLK周期期間，XREADY再次被采樣。這個(gè)過程一直繼續(xù)，直至XREADY采樣為高。因此，可以利用F2812的XREADY信號(hào)和相關(guān)的外部讀、寫控制信號(hào)，通過硬件擴(kuò)展，與外部設(shè)備進(jìn)行直接的連接訪問。

4 相關(guān)硬件設(shè)計(jì)
4.1 DSP與液晶模塊的直接訪問接口
??? 這里，將液晶模塊映射在DSP的XZCS6區(qū)上，由于制造商已經(jīng)裝配好了液晶顯示驅(qū)動(dòng)和分壓電路，并提供了驅(qū)動(dòng)電路接口，使得液晶顯示模塊和微處理器的接口十分方便。該模塊共有13條信號(hào)線。RS是寄存器選擇，低電平選擇指令寄存器，高電平選擇數(shù)據(jù)寄存器。R/w是讀寫控制端，低電平寫顯示模塊，高電平讀顯示模塊。CSA、CSB為驅(qū)動(dòng)器片選信號(hào)線，可以選擇相應(yīng)的顯示區(qū)域。E為允許輸入信號(hào)線(數(shù)據(jù)讀、寫操作允許信號(hào))，高電平有效。DB0～DB7為數(shù)據(jù)線。功能框圖如圖5所示。

??? 在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中還需注意，由于該液晶顯示模塊是5 V設(shè)備，所以在連接控制線、數(shù)據(jù)線時(shí)需要加電平隔離和轉(zhuǎn)換器件?？梢允褂?4LS245芯片。

4.2基于CPLD的硬件等待電路
??? 由于DSP芯片需要通過XREADY信號(hào)來(lái)延長(zhǎng)讀、寫周期，使之與液晶顯示模塊的E的高電平信號(hào)相匹配，所以設(shè)計(jì)了外部硬件等待電路。該電路是通過CPLD芯片EPM7064S來(lái)實(shí)現(xiàn)的。EPM7064S是Ahera公司的MAX7000系列產(chǎn)品。它可以很容易地實(shí)現(xiàn)地址譯碼、等待時(shí)序的插入，并且是通過編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)各種邏輯的，容易修改，可移植性強(qiáng)，便于調(diào)試。其中，它的輸入時(shí)鐘為TMS320F2812的輸出信號(hào)XCLKOUT。

??? 相關(guān)VHDL語(yǔ)言描述如下：
???

??? 擴(kuò)展了32個(gè)XCLKOUT周期，等待狀態(tài)為853 ns，滿足液晶模塊的時(shí)序要求；但在實(shí)際應(yīng)用中，由于液晶模塊的顯示速度過快，顯示效果不是很好。這里，由于采用了CPLD芯片，可以修改VHDL程序，將循環(huán)次數(shù)由32次增加到146次，從而可以很方便地將等待狀態(tài)延長(zhǎng)為4 μS左右，實(shí)際效果也滿足了要求。

5 DSP對(duì)液晶模塊連續(xù)的讀寫訪問
??? 當(dāng)F2812對(duì)液晶顯示模塊進(jìn)行連續(xù)的讀、寫操作時(shí)，兩個(gè)連續(xù)的讀、寫周期(激活階段)之間的時(shí)間間隔為上一個(gè)操作的跟蹤階段和這一個(gè)操作的建立階段，最大為12個(gè)XTIMCLK周期(156 ns)，不能延時(shí)。而由液晶的時(shí)序圖可知，對(duì)液晶的連續(xù)兩次操作的時(shí)間間隔，即使能信號(hào)E為低電平的時(shí)問，最小為700 ns?？梢?，兩者之間時(shí)序不能匹配。于是，在連續(xù)兩個(gè)命令之間加人了延時(shí)語(yǔ)句。雖然這種方法較之硬件實(shí)現(xiàn)效率要低，但完全可以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。
???

6 結(jié)論
??? F2812的外部接口設(shè)計(jì)較之已有的DSP更加獨(dú)立、靈活。本文給出的它與外部慢速設(shè)備時(shí)序匹配的方法，簡(jiǎn)單清楚、訪問直接、控制編程容易，有助于深入了解F2812芯片的時(shí)序特點(diǎn)，進(jìn)一步方便了該芯片的推廣使用。