基于DSPE1－16XS的硬件开发平台设计

引言

嵌入式系统硬件的核心是各种类型的嵌入式处理器,目前全世界嵌入式处理器的品种已经超过1000多种,流行体系结构有30多个系列,嵌入式处理器一般可以分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。

与标准微处理器相比,嵌入式微处理器只保留了和嵌入式应用有关的功能,并且为了满足嵌入式应用的特殊要求,在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。

DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统,这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势,又具有应用目标所需要的技术特征,在许多嵌入式应用领域,既需要在数据处理方面具有独特的优势的DSP,也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器（MCU）;因此,将DSP与MCU融合在一起的双核平台,将成为DSP技术发展的一种新潮流。德国Hyperstone公司是真正把DSP成功嵌入32位微处理器的厂商之一,尤其是它的E1－XS系列更是这方面的佼佼者。

1 E1－16XS微处理器结构概述

Hyperstone RISC/DSP架构框图如图1所示,Hyperstone内核是专为RISC和DSP功能的集成而设计的,但它不是两个不同内核在单个芯片上的简单组合,而是一个集成的内核和指令集。这一全集成的内核基于单处理器模式,带有单指令流。RISC和DSP单元间简单且高效的通信由1个96路的32位内部存储器实现,每个时钟周期内可以执行3条指令的操作,所以在100MHz的频率下可以达到300 MOPS这样优秀的性能。

Hyperstone E1－16XS是一款0.25μm CMOS工艺的微处理器,它结合了高性能的RISC微处理器和DSP处理器,利用简洁高效的指令,使嵌入式DSP处理器的实时性得以充分的发挥。 该处理器主要具有如下的特点：

1、32位RISC/DSP处理器ALU、DSP单元和Load/Store单元并行处理,内部集成硬件乘法器。

2、16根数据线,22根地址线,4个外部存储体（Memory Bank）选择信号。

3、4GB内存地址空间,I/O空间和存储空间分开寻址,存储器和DSP连接无需附加逻辑电路。

4、片内集成16KB RAM和片上指令高速缓存。

5、具有全面的DRAM和DMA控制器,所有的总线时序可编程。

6、片上PLL、CPU总高频率可达到180MHz。

7、中断服务程序可在7个时钟周期内启动。除内部中断外,还有7个外部中断可用。

8、3个可编程I/O引脚除了可配置成输入输出外,还可以配置成外部中断输入使用。

9、32位定时器和看门狗定时器,用户可利用hyRTK内核访问154个独立的"虚拟"定时器,仅需很少的处理开销。

2 嵌入式系统硬件设计

2.1 系统硬件结构

系统硬件结构如图2所示。

电源电路：输入5V,经过DC－DC变换,分别给微处理器提供2.5V和3.3V的电压。

晶振电路：16MHz有源晶体振荡器经过倍频,分别为Hyperstone内核/系统提供128/64MHz的时钟频率。

复位电路：可选用简单的RC复位电路,考虑到系统复位的可靠性和掉电监控,建议使用专门的复位IC,例如MAX706。

微处理器：即E1－16XS,是系统的工作和控制中心。

Flash：可存放Boot监控程序、嵌入式操作系统、用户应用程序或其他在系统掉电后需要保存的数据。

SDRAM：系统代码运行和数据变量存储的空间。

JTAG接口：通过该接口可对系统进行在线调试和程序下载。

I/O扩展接口：引出数据总线、地址总线和必需的I/O控制总线,便于用户根据自身的特定需求,扩展外围电路;DSP可以通过该扩展总线对其他板卡进行控制,或者其他板卡可以通过该接口对开发板进行操作。

2.2 系统主要硬件单元电路设计

不同的DSP处理器在与DRAM、Flash连接时通常会有些差异,所以下面着重分析存储器接口电路的工作原理和设计方法。

（1）Flash接口电路

由于Flash存储器具有低功耗、大容量,可整片或分扇区快速烧写、擦除、掉电后信息不丢失等特点,在各种嵌入式系统中得到广泛应用。