煮面炉
手机防盗系统Design ofM ini m al Application Syste m Based on
T M S320C54xx for Experi m entation
涂 灏** 管 庆
(电子科技大学通信与信息工程学院 成都 610054)
摘要：介绍了基于TMS320C54xx DSP的最小应用系统实验设计，提出了一套基于T I的DSP 芯片系列TMS320C54xx的最小应用系统实验设计方案。通过实例让实验者快速了解以DSP为核心的系统架构，并具有建立基于DSP芯片的最小应用系统的基本能力。 关键词：最小应用系统;DSP;TM S320C54xx；复位;BOOTLOADER;J TAG
中图分类号:G424 31 文献标识码:B 文章编号:1672-4550(2005)03-0025-04
T I公司出品的TM S320C54xx系列芯片是16位定点DSP，适合远程通信等实时嵌入式应用的需要。C54xx系列DSP具有高度的操作灵活性和运行速度。其结构采用改善的哈佛结构(一组程序存储器总线，
三组数据存储器总线，四组地址总线)，具有专用硬件逻辑的CPU、片内存储器、片内外设，以及一个效率很高的指令集。电子科技大学通信与信息工程学院从1999年起开设了相关的课程和配套的实验。其中,DSP最小应用系统设计实验作为DSP硬件开发的基础，在整个DSP学习过程中显得尤其重要。该实验涉及DSP芯片结构，片上外设的使用,DSP系统基本模块的使用，以及利用CCS软件开发环境对DSP和外围器件的初始化等多个硬件设计基本技能。本文就以TI公司T M S320C54xx系列DSP中的TM S320C5402为例，详细介绍基于DSP的最小应用系统实验设计。 1 实验内容和目的简介
目前, DSP技术作为高校通信信号处理专业一门重要的专业课程，理论和实践的结合越来越多地得到人们的重视。DSP最小系统设计实验，包括DSP芯片的选择、DSP系统架构、复位和时钟电路的设计、外围扩展器件的设计以及硬件仿真、软件初始化等多个方面。
本文实验根据高校实验实用性、普及性、灵活性的基本要求，以最具有代表性的TI公司的TM S320C54xx系列DSP作为系统核心处理器，使用EEPROM作为BOOTLOADER自启动设备，并配以简化的存储器外设，构成一套DSP最小应用系统。该系统具有较高的性价比、高速的处理速度、成熟的自启动技术、扩展的存储空间等多个特点，十分适合高校实验室教学使用，实验者能够基于该系统完成多种数字信号处理算法的实现。
2 实验用DSP芯片简介
T I公司出品的T M S320C54xx系列DSP是DSP 芯片中最具有代表性的器件系列之一，而TM S320C5402仅50元左右的低廉价格、100M I PS 的较高性能和较低的功耗更是C54xx系列DSP中的经典。作为实验使用DSP，拥有诸多优点的C5402无疑成为首选。因此我们基于C5402设计DSP最小应用系统更具有代表性和典型性。
3 实验用最小系统的构建
闪光灯柔光罩作为实验使用，设计的DSP最小应用系统在控制系统板价格的基础上要实现的功能是：当系统接通电源启动以后，能自动将EEPRO M内的程序搬移到T M S320C54xx芯片内，对系统内核、时钟
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* **[收稿日期]2005-05-31
[作者简介]涂 灏(1980!)，男，硕士研究生，研究方向：信号与信息处理。
频率、片上外设进行初始化，分配存储器空间，设置中断向量表，控制外部存储器，完成指定的具体任务。
为了达到实验的功能目标,DSP 最小应用系统由作为核心处理器的T M S320C5402芯片、用于BOOTLOADER 启动的EEPROM 、作为程序空间扩展的SRAM 以及电源、复位芯片构成。其原理示意图如图1
所示。
图1 最小系统原理示意图
整个实验系统设计分为三个层次：构建系统电源和DSP 的时钟、复位电路，让DSP 正常稳定地工作；使用EEPROM 实现BOOTLOADER，让DSP 实现自启动功能；为方便实验程序的扩展，添加SRAM，实现DSP 对扩展空间的控制。
4 最小系统电源设计
T M S320C54xx 系列DSP 采用双电源供电，其中I/O 大部分采用3 3V 电源供电，芯片内核电压则根据芯片的不同，采用1 5~1 8V 电源供电。实际中通常使用的是5V 的电源。为了让实验用最小系统更具有通用性，就必须采用电源转换芯片。我们在实验设计中使用固定输出3 3V 的L M 1117芯片和一片可调L M 1117电源芯片调节输出1 8V 为DSP 核供电。在焊接DSP 之前必须对电源进行测试，确保电压稳定可靠。
蛋白质晶体5 最小系统复位电路设计
复位电路的设计在实验设计中往往容易被忽略，但却是非常重要的一环。可靠的复位电路是保证整个系统稳定的要素之一。
简单实用的复位电路采用通用的RC 复位，电源刚上电的时候,RS 为低电平,DSP 处于复位状态。考虑
到上电的时候晶振不稳定，为了保证系统复位的可靠性，可以使用带延时复位功能的电源监控器I M P809，芯片价格仅为3元左右，连接图如图2所示。当直流电源电压低于1 1V 时,I M P809将持续产生复位信号使DSP 处于复位状态，避免其不正常操作而带来的事故。当电源恢复其输出为正常值时，该电路经过一个规定的延迟时间后撤消复位信号,
从而保证系统的正常工作。
6 最小系统时钟电路设计
C54xx 系列DSP 的时钟引脚为X1和X2/CLK I N 。如果采用无源晶振，则同时使用X1和X2/CLK I N 引脚。如果采用有源晶振，则直接连接X2/CLK I N 引脚。
C54xx 系列DSP 内部设计有锁相环(PLL)电路，使用外部连接时钟时，外部时钟源频率可以选择得比较低，以降低噪声。外部时钟输入以后再通过内部PLL 倍频到所需的工作频率。C54xx 内部PLL 的时钟控制方式又可以分为硬件控制方式和软件控制方式。
硬件上，可以通过C54xx 的引脚CLKMD1、CLKMD2、CLKMD3来控制PLL 。上电复位的时候,DSP 根据这三条引脚的电平，决定PLL 的工作状态。软件上，可以通过修改16b it 的时钟模式寄存器(CLKMD)，调节PLL 的倍频。
7 最小系统J TAG 仿真接口设计
C54xx 系列DSP 都含有一个I EEE1149 1标准的J TAG 仿真接口，该端口可以由仿真器直接访问，提供基于边界扫描的仿真功能，更加方便实验者对C54xx 芯片的软件调试。为能和仿真器通信，最小系统的目标板上必须预留J TAG 仿真口。
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在实验设计中，需要注意的是当仿真器和DSP 之间的连接线大于6c m的时候，仿真器信号是要加缓冲的，若小于6c m的时候则不需要，连接如图3所示。设计中,DSP的E MU0和E MU1脚需要用电阻上拉，推荐的阻值为4 7k 或者10k 。
J TAG仿真极大地方便了DSP软件的调试，实验者还可以使用CCS等软件开发环境通过J TAG仿真口实时地访问DSP片上寄存器和存储器等硬件资源，将软件调试和硬件调试结合起来，使设计本身更加方便、灵活，更加适合实验教学使用。
8 最小系统的BOOTLOADER技术
当实验者在CCS软件开发环境下完成开发任务，编写完成用户软件之后，需要脱离依赖PC机的CCS环境，在目标系统上电以后能自启动并执行用户软件代码，这就需要使用B OOTLOADER技术。
DSP的BOOTLOADER过程如下:C54xx在硬件复位以后采样MP/MC引脚，如果为低电平，则由片内ROM的FF80h地址开始执行，此处放有一个跳转指令以启动引导程序。引导程序首先进行初始化，禁止中断，将内部双存取RAM映射到程序和数据空间，所有的程序和数据空间都选择最大的7个等待状态，引导方式是通过读I/O或数据空间的0FFFFh单元来确定。BOOTLOADER的引导方式很多，本例使用SST29EE010芯片，选择8b it并行EEPRO M方式引导，连接方式如图4所示。实验者单独进行系统设计的时候也可以尝试使用其他几种的BOOTLOADER方式实现DSP的自启动。
9 最小系统存储器接口设计
在DSP的实际应用中,DSP片内的存储空间并不能满足应用的需要，大部分的DSP系统都需要扩展存储器，因此我们在最小系统的实验设计中也加入了扩展存储器的设计。在对最小系统进行DSP扩展存储器设计之前，实验设计者必须了解使用的DSP片上的资源，并根据应用需求再扩展存储器。作为实验设计，我们将C5402扩展程序空间到SRAM芯片C Y7C1020V33L上，让实验者了解存储器扩展接口的基本设计思路。
C5402可访问的存储器空间最大为192k∀16b it。C5402外部的程序空间由和PS和M STRB选通，外部
的数据空间由DS和M STRB选通，外部的I/O空间由I S和I OSTRB选通。在本文实验设计中, CY7C1020V33L和DSP的连接方式如图5所示。实验者也可以根据自己的需要将SRAM扩展到DSP
的数据空间。
图4 EEPROM和DSP
的连接示意图
图5 SRAM和DSP的连接示意图
10 最小系统设计注意事项
实验设计本身带有一定的探索性质，因此在实验的设计过程中，更应该注意实验细节。在DSP 作为核心的系统中,M P/M C、RS和H OLD引脚的值对整个系统的运行至关重要，实验设计的时候一定要注
电动刻字笔
意，上电之前也要仔细检查。加电以后应该首先检查晶振是否起振；频率是否正确；复位是否可靠。用示波器检查DSP的CLKOUT引脚，如果有正常的频率输出则表示DSP本身可以正常工作。用仿真器和DSP连接，通过CCS进入软件编程环境，对DSP作进一步调试。DSP的XF引脚即使不用，也可以引出来，用于查看调试结果的正误。实验设计者要充分利用T M S320C54xx的结构特点，尽可能地简化、优化接口的硬件设计。
11 结束语
TMS320C54xx系列DSP是T I公司的经典通用DSP器件，在DSP开发设计中具有代表性。正是因为它的代表性，基于T M S320C54xx系列DSP的最小系统设计实验就在整个DSP学习过程中显得比较重要。本文通过对基于T M S320C54xx系列DSP的一个实验用的典型最小应用系统设计的详细描述，从系统框图、系统模块的搭建、各个模块芯片的使用等方面作了比较详细的说明。整个最小系统实验板设
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4 3 4 OSTaskSwH ook()
当发生任务切换的时候就会调用OSTask SwH ook()。OSTaskSwH ook()可以直接访问OS TCBCur和OSTCB H ighRdy，因为它们是全局变量。OSTCBCur指向被切换出去的任务OS_TCB，而OSTCB H i g hRdy指向新任务OS_TCB。注意在调用OSTaskSwH ook()期间中断一直是被禁止的。因此用户应尽量减少该函数中的代码以缩短中断的响应时间。
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5 OSTaskStat H ook()
OST askStat H ook()每秒钟都会被OSTaskS tat ()调用一次。用户可以用OSTaskStat H ook()来扩展统计功能。例如，用户可以保持并显示每个任务的执行时间，每个任务所用的CPU份额，以及每个任务执行的频率等。
4 3 6 OST i m e T ick H ook()
OST i m e T ick H ook()在每个时钟节拍都会被OST askT ick()调用。实际上,OST i m e T ick H ook ()是在节拍被 C/OS-#真正处理，并通知用户的移植实例或应用程序之前被调用的。
后5个函数为钩子函数，可以不加代码。只有当OS_CFG H中的OS_CPU_HOOKS_EN被置为1时才会产生这些函数的代码。
完成了上述工作以后, C/OS-#就可以运行在S3C44B0X处理器上了。
5 测试移植是否成功
为了使 C/OS-#可以正常运行，除了上述必须的移植工作外，硬件初始化和配置文件也是必须的。STARTUP目录下的文件还包括中断处理，时钟，串口通信等基本功能函数。在文件m ain c 中包括初始化和多任务的创建、启动等，概要如下:
ARMTar getI n it();//目标板初始化
OSI n it();// C/OS-#初始化
OST i m eSet(0);//设置系统时钟
OSTaskCreate //创建任务1
OSTaskCreate //创建任务2
OSStatInit();// C/OS-#状态初始化
u HALr_I nstall S yste mT i m er();
//启动定时器时钟节拍
OSStart();//启动 C/OS-#
在上面的代码中，创建两个简单的任务，分别通过串口在超级终端上输出run task1和r un task2。系统时钟启动和多任务切换是由函数uHALr_I n sta llSyste mT i m er()来完成的。将程序目标代码烧写入F lash的0地址运行即可验证移植是否成功。
6 结论
通过基于S3C44B0∃的 C/OS-#移植的嵌入式实验，不仅可以了解目前流行的ARM处理器体系结构和 C/OS-#实时操作系统的内核结构及实现原理，同时在实验过程中，掌握了嵌入式系统开发的基本概念、方法并获得丰富的软硬件实践经验。
参考文献
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M anua l SUM S UNG,1997
(上接第27页)
计简单，技术成熟，总体价格低廉，费用在150元以内，非常适合高校教学实验使用。通过该实验设计，使实验者基本掌握了DSP器件的使用，理解了DSP系统架构，了解了外围器件的设计和使用，学到包括电源、时钟、DSP数据地址线的基本调试技巧，并能独立完成DSP最小系统的实现。
参考文献
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