解析MS320C6202DSP擴展總線與MPC860的接口實現

摘要：分析了Motorola MPC860嵌入式微處理器及數字信號處理器TMS320C6000 TM的特征，介紹了TMS320C6202DSP擴展總線與MPC860的接口實現。

關鍵詞：DSP QUICC VLIW(超長指令字)

MPC860是PowerPC系列產品。PowerPC系列是由IBM、 Motorola和Apple聯合研制的基于RISC結構的微處理器。PowerPC可運行于多種操作環境，使用的工作平臺從便攜式設備到服務器。 TMS320C6000系列是1997年美國TI公司推出的DSP芯片，這種芯片是定點、浮點兼容的DSPs系列。其中定點系列是 TMS320C62xx，浮點系列是TMS320C67xx，它們可以通過DSP的HPI(Host Port Interface)和MPC860相連。本文針對C6202介紹另外一種接口方法，即同步主機接口模式下C6202的擴展總線與MPC860的接口實現，其中C6202為從處理器，MPC860為主處理器。

1 TMS320C6000的主要特點

TMS320C6000系列DSP(數字信號處理器)是TI公司最新推出的一種并行處理的數字信號處理器。TMS320C6000片內有8個并行的處理單元，分為相同的兩組。它的體系結構采用超長指令字(VLIW)結構，單指令字長為32bit，8個指令組成一個指令包，總字長為8×32=256bit。芯片內部設置了專門的指令分配模塊，可以將256bit的指令包同時分配到8個處理單元，并由8個單元同時運行。芯片的最高時鐘頻率可以達到300MHz，通過片內的鎖相環(PLL)將輸入時鐘倍頻獲得。當片內的8個處理單元同時運行時，最大處理能力可以達到2400MIPS。

TMS320C6000主要是為移動通信基站的信號處理而推出的超級處理芯片。200MHz時鐘的C6201完成1024點定點FFT的時間只要66μs，比傳統的DSP要快一個數量級，在民用和軍用領域都將有廣闊的應用前景。

2 TMS3206000的擴展總線

目前，TMS320C6000系列中中有C6202和C6203具有擴展總線。它們是在C6201/6701主機接口(HPI)的基礎上發展起來的。

擴展總線是一個32bit寬的總線，支持與異步外設、異步/同步FIFO、PCI橋及外部主控處理器的接口。它同時還提供了一個靈活的總線仲裁機制，可以進行內部仲載，也可以由外部邏輯完成。

擴展總線從結構上可以分為兩部分：I/O接口和主機接口，如圖1所示。

I/O接口，擴展總線共管轄4個XCE外部空間，4個空間可以分別配置成兩種工作模式：異步I/O模式和同步FIFO模式。這兩種模式可以在一個系統中同時工作。異步I/O模式的接口信號時序與EMIF類似，具有可編程程度高的特點。這一模式下，擴展總線接口的4根地址信號使得每個XCE空間最多可以掛接16個外部設備。FIFO模式則提供了與同步FIFO無縫接口的能力，可以直接控制1個進行讀操作的同步FIFO或4個進行寫操作的同步FIFO。借助少量外部邏輯，每個XCE空間可以管理16個讀操作FIFO或16個寫操作 FIFO。擴展總線I/O口與DSP的其他存儲空間由DMA控制器進行連接。

主機接口也有兩種工和模式：同步和異步。同步模式提供了主控和從屬兩種工作方式，此時地地址信號和數據信號復用相同的管腳。異步模式只有從屬功能，它與C6201/C6211/C6701/C6711的HPI操作完全類似，只是數據寬度為32bit。異步模式可以用來與全類似，只是數據寬度為32bit。異步模式可以用來與其他微處理器接口。擴展總線主機接口與DSP存儲器的連接由DMA輔助通道完成。

在同步主機接口模式下，主機的數據與地址信號復用，并且與i960Jx兼容。目前主流的PCI接口芯片都采用i960總線作為芯片內部總線，這樣C6000與PCI總線接口時，需要的外部邏輯可以減少到最少。尤其在作為從屬處理器時，同步主機接口同樣可以非常方便地與其他一些通用處理器接口。C6202的擴展總線還具有突發傳輸的能力。本文即利用這一方式實現MPC860與 C6202擴展總線的接口。

C6202處理器的工作頻率最高可以采用50MHz，經內部4倍頻后升至200MHz，每個時鐘周期最多可以并行執行8條指令，從而可以實現1600MIPS的定點運算能力，完成1024點定點FFT的時間只需70μs。

3 MPC860介紹

MPC860 PowerQUICC是當今比較流行、性能相當優越的單片集成嵌入式微處理器，繼承了以前享有盛譽的32bit 68360Quicc和68302的許多優點。它內部集成了微處理器和一些控制領域常用的外圍組件，特別適用于互聯網絡和數據通信市場。 PowerQUICC可以被稱為MC68360在網絡和數據通信領域的新一代產品，提高了器件運行的各方面性能，包括器件的適應性、擴展能力和集成度等。 MPC860 PowerQUICC通信處理器可根據用戶要求提供2～4個串行通信控制器、不同規格的指令和數據緩存及各種級別的網絡協議支持。該產品專為寬帶接入設備如：遠程接入路由器、DSLAM、接入集線器、LAN/WAN交換機、PBX系統和網關等設計。

在MPC860中包括3個主要模塊：PowerPC核心、系統接口單元(SIU)、通信處理模塊(CPM)。PowerPC是主要的處理機單元，通常稱為Embedded PowerPC核心(或EPPC)，它包括緩存和存儲器管理單元(MMU)，在40MHz時鐘時為50 MIPS指令速度;第二個主要模塊為系統接口單元，它的主功能是提供內部總線和外部總線的接口;第三個主要模塊為通信處理機模塊，CPM在不同的通信設備如SCC和SMC上發送接收數據通信，通信設備可以獨立工作。SCC和SMC也可以用于時分復用總線。

CPM模塊中有一個32位RISC微處理機。MPC860有2個CPU：PowerPC和32位RISC。PowerPC執行高層代碼，RISC處理實際通信的低層通信功能。2個處理機主要是通過內部存儲空間配合工作。在存儲器區，每個處理機都可以設置控制位、讀狀態位。

MPC860中有16個串行DMA單元。每一個通信設備都有一個發送DMA和接收DMA。32位RISC控制這16個串行DMA在通信設備和存儲器之間傳送數據。當MPC860接收數據時，串行DMA從通信設備接收數據并放入存儲器中;發送數據順序相反，串行DMA從存儲器中取數據，把數據送到通信設備。串行DMA只服務CPM的RISC，但是2個虛擬的IDMA可以為用戶所用。

4 擴展總線接口實現

MPC860內部集成了嵌入式的PowerPC核和使用特定RISC處理器的通信處理模塊(CPM)。這個雙處理器結構優于傳統結構，因為CPM可以從嵌入式的PowerPC核卸出外圍任務。

4.1 接口實現

同步主機接口模式下，C6202和MPC860的接口如圖2所示。盡管圖2中的C6202處于從方式，但還是具有擴展總線仲裁的能力，用于異步I/O和擴展總線的FIFO接口。只有當這兩個設備共享總線時，MPC860內部的仲裁才被使用。

擴展總線的管腳定義

擴展總線管理 MPC860的管腳 功能定義

XCNTL A[29] MPC860用于控制信號的地址位，A31是MPC860地址總線的LSB

XBLAST BDIP 觸發傳輸指示，XBLAST的極性(在這個例子高有效)由復位時XD[13]的上位電阻決定

XW/R RD/WR 讀寫存取指示，XW/R的極性(在這個例子高有效)由復位時候的XD[12]的上拉電阻決定

XD[31:0] D[0:31] MPC860用D[0:3]作為32位的接口。D0是MPC860數據總線的MSB，而XD31是擴展總線的MSB。

XCLK XLKOUT 自身(擴展)總線時鐘

XHOLD 間接邏輯需與 擴展總線仲裁信號

XHOLDA BR、BG和BB連接 注意內部擴展總線仲裁已經處于使能端

XAS TS 新的轉移開始指示

XCS A[28:0] MPC860的地址解碼從而產生XCS信號

XBE[3:0] TSIZE[1:0]、A[31:30] 字節使能用TSIZE和A[31:30]的解碼來實現

XRDY TA SETA bit在MPC860選擇寄存器中設置為1，用于指示TA由外部總線產生

MPC860的內部總線仲裁處于禁止狀態，相反擴展總線的仲裁處于使能狀態。DSP的字節使能信號由TSIZE[1:0]和MPC860的地址線A[31:30]通過解碼得到，DSP字節使能換算表如表1所示。

表1 DSP字節使能換算表

4.2 自舉配置

MPC860及擴展總線把數據總線的上拉和下拉電阻用于硬件復位的BOOT配置，MPC860和DSP需要不同的上拉電阻配置。方法之一就是用總線開關(bus switch)。在這個例子中用SN74CBT16390(2個16bit和32bit之間FET復用/解復用總線開關)在復位的時候人離MPC860和 DSP的數據總線，允許每一個設備有自己不同的復位配置字。方法之二就是首先硬件復位(復位的過程中，XBUS的上拉和下拉電阻用于配置MPC860)，而DSP復位應該在MPC860之后。在DSP復位之后，MPC860有效地驅動數據總線上用于配置DSP的數據值，從而DSP將被配置。

由于兩個設備都可以運行在內部總線仲裁使能或者禁止方式，所以內部擴展總線仲裁(TMS320C6000擴展總線)處理總線的仲裁。不管內部還是外部的仲裁配置都在系統復位時設置。假設處于外部仲裁，那么在MPC860從數據總線上取樣硬件復位配置字的時候，MPC860的ERAB位必須設置為1;而當DSP從復位到內部總線仲裁的數據總線上取樣硬件復位配置字的時候，TMS320C6000的XARB位必須設置為1。

通過在XD[31:0]上拉和下拉電阻的擴展總線自舉配置如下：

字段(field) 定義

BLPOL 當DSPs作為擴展總線的從屬時，XBLAST信號的極性BLPOL=1，XBLAST最高有效

RWPOL 擴展總線讀/寫信號的極性，RWPOL=1,為XW/R

HMOD 主機(host)的模式(對應于HPIC中的XB狀態)，HMOD=1，外部的主機接口處于同步的主/從模式

XARB 擴展總線仲裁使能(對應于XBGC中的狀態)，XARB=1，內部擴展總線仲裁處于使能狀態

FMOD FIFO模式(對應于XBGC中的狀態)

LEND 小端模式，LEND=1，系統運行在小端模式

BootMode[4：0] 設定設備自舉模式，包括芽機口自舉、ROM、boot、存儲器映射選擇

為使工作準確，MPC860的高速緩存必須關閉使能。數據緩存是否使用，只要將相應的狀態寫放DC_CST寄存器。在禁止狀態，緩豐了標志狀態位被忽略，訪問將通過總線傳輸。數據緩存在復位后默認為禁止。禁止的數據緩存不影響數據地址的邏輯轉換，在MSROR位的控制下繼續進行，任何寫入DC_CST寄存器的操作必須優先于一個同步指令，則確保在數據存儲時，數據緩存的使能變化。由于總線錯誤或者執行特定的直接緩存線性控制時，數據緩存產生一個中斷信號，緩存進入禁止狀態，類似于禁止。每一頁都有不同的存儲控制屬性，MPC860支持緩存禁止(CI)、寫入(WT)和監視(G)屬性，但不支持存儲器的一致性。對于要求存儲一致性的頁，必須編程設置為緩存禁止。G屬性用于映射那些對不確定存儲比較敏感的I/O設備，有G屬性的頁使存儲強行停止，除非是非敏感性存儲或者被核(core)取消。是否可緩存的區域必須定義，對于主要存儲區的寫回(write-back)或寫通(write-through)模式，必須在使數據緩存使能之前通過初始化MMU來選擇。

經實驗驗證，MPC860可以對擴展總線進行寫操作，也可以讀操作，基本功能已經實現。此方案具有一定的實用性。