基于TI公司三大系列内部结构对比的综述-USB迷|专注于互联网分享

2024年2月28日发(作者：殳凌)

基于TI公司三大系列内部结构对比的综述

摘要：数字信号处理是当代发展最快的信息学科之一，网络化和数字化信息市场的巨大需求，使得数字信号处理理论及其工程实现得到了广泛的应用。与此同时在未来数字化技术发展进程中，数字信号处理器将以其独特的数字信号处理优势得到更加广泛的应用和普及。在全球生产数字信号处理器的企业中美国的德仪公司生产的数字信号处理器多年来一直是全球广泛使用的数字信号处理器之一。德仪公司的DSP分为多种系列，其中TI公司的TMS320系列的DSP在全球应用中较为广泛。本文重点对TMS320系列下的C2000系列，C5000系列，C6000系列的内部结构做重点介绍，并对其内部结构进行比较。

关键字：数字信号处理内部结构 C2000系列 C5000系列 C6000系列

Overview of the internal structure' comparison of the three series

which belong to TI Company

Yue Lijuan

（School of Information Engineering， Hebei University of Technology， Tianjin 300401，China）

Abstract:Digital signal processing is one of the fastest growing information sciences , At present the information

markets' huge demand about digital and network, makes the theory of digital signal processing and its engineering

realizing have a wide range of applications .At the same time the process of digital technology in the future, with its

unique advantage of digital signal processing the digital signal processor will have an wider application and

popularization. In the global company which produce digital signal processors,the digital signal processors of the TI

company are the widely used for many IT company's DSP is divided into several series,in which TMS320

series have an wide application in the global .Toward the C2000 series, C5000 series, C6000 series which belong to

TMS320 series,this paper mainly makes summary and comparison about their internal structure.

Keywords:Digital signal processing The internal structure C2000 series C5000 series C6000 series

一、引言

在目前数字信号处理技术是当代发展最快的信息科学技术之一，尤其在20世纪末，数字信号处理理论的逐步成熟和研究内容的日益广泛，超大规模的集成电路和计算机技术的高速发展，特别是网络化和数字化信息市场的巨大需求使得数字信号处理[1]理论及其工程实现得到了广泛的应用。数字信号处理技术是工程实现的关键技术，数字信号处理器的使用编辑通信、雷达、声纳、生物医学、机器人、语音和图像处理、虚拟显示和自动控制领域。在未来数字化技术发展的进程中，数字信号处理器将以其独特的数字信号处理优势得到更加广泛的应用和普及。

在生产数字信号处理的全球企业中，美国的德仪公司生产的数字信号处理器多年来一直占据了较大的DSP生产市场，并且在不断的扩大。TI公司的TMS320系列DSP一直是全球广泛使用的数字信号[2]处理器其中之一。根据TMS320系列DSP的不同划分又可以分为C2000，C5000，C6000等系列。

不同的系列应用于不同的领域发挥着不同的作

用，其中C2000系列主要偏重于工控领域，这个系列的DSP自身集成了丰富的I/O口，A/D采样接口及PWM输出接口，多为定点型芯片。TMS320C28x系列是TI公司最新推出的DSP芯片，是目前国际市场上最先进、功能最大的32位定点DSP芯片。它既具有数字信号处理能力，又具有强大的事件管理的能力和嵌入式控制功能。特别适用于大批量数据处理的测控场合，如工业自动化控制、电力电子技术应用、只能化一起仪表及电机、交直流伺候控制系[3]统等；C5000和C6000系列主要偏重于视频图像处理，基本都为浮点型的，性能强大，但自身集成的外设很少，一般需要扩展如6713+FPGA形式。德州仪器公司推出的TMS320VC54x系列具有高性能、低功耗等优良性能，受到用户的欢迎，已广泛地应用于有线和无线通讯、仪器仪表、雷达、图像处理、工业控制、语音处理等领域。TMS320VC5402是C5000系列中性价比较高的一颗芯片。独特的6总线哈佛结构，使其能够6条总线同时工作，工作频率达到100MHz。不同的应用基于不同的特性，不同的[4]特性基于不同的结构。C2000，C5000，C6000系

列不同的功能是因为各自有着不同的内部结构。为了更好地利用各系列产品，让它们更好地服务我们的生活，我们必须了解它的内部结构，本文对三大系列的内部结构做了简单的总结，并对它们的内部结构进行了相关比较。

二、TI公司三大系列内部结构的简介

C2000系列，C5000系列，C6000系列具有各自的内部结构，为了更好地了解其内部结构下面主要从三大方面进行总结，分别是：中央处理单元（CPU）、存储器和I/O空间、外围设备。下面对三大系列的内部结构逐一的进行总结。

1、C2000系列的内部结构

（1）中央处理单元（CPU）

C2000 DSP系列CPU称为TMS3202XLP，如图1该系列CPU包括32位中央算术单元（CALU）,它们负责执行算术和逻辑运算；32位累加器接收CALU的输出结果，用于CALU的输入和输出数据定标的移位寄存器；1个16乘16位的硬件乘法器，它在一个周期内可以产生一个带符号的或不带符号的32位乘积；逻辑/地址产生逻辑功能所包括的8个辅助寄存器执行算术操作的辅助寄存器算术单元；2个包含状态位和控制位的状态寄存器（ST0和[5]ST1)。

是（EV）。EV具有通用定时器、比较器、PWM发生器、捕获器；A/D转换模块（ADC）含有两个8通道的10位A/D转换器，把模拟量转换为数字量；串行通行接口模块（SCI）是一个标准的串行异步的数字通信接口模块，可以实现半双工或双工通信；串行外设接口模块（SPI)提供一个高速同步串行总线，实现与带有SPI接口的芯片的连接，为工程应用系统带来了方便；中断管理系统模块负责DSP内核中断、片内外设以及外部引脚中断的响应过程；DAC转换模块为双10位模数转换器；系统的监视模块由看门狗和实时中断定时器组成，负责监视DSP控制器的软件、硬件的运行状况；系统的复位部分，当系统出现状况时，可以在一定的时间内复位或定制在一定的状态。

2、C5000系列的内部结构

/数据RAM

程序/数据ROM

程序IEEE1149.1标准测A(15～0)

试/仿真

内部总线

CPU

MAC

17×17乘法器

40bit 加法器

圆整和饱和

桶形移位器

40bit桶形(-16,31)

ALU

40bitALU

比较选择单元

（viterbi加速器）

指数编码器

累加器

40bit 40bit

ACCA ACCB

通用I/O

定时器

时钟发生器

串行口

主机接口

D(15～0)

等待状态发生器

6通道DMA

8个辅助寄存器

2个寻址单元

图2 TMS320C54x的内部结构

图1 TMS320C281x内部结构图

（2）存储器和I/O空间

存储器I/O空间由3个独立编址的存储器空间组成：64K字的程序存储器、64K字的数据存储器、64K字的I/O空间。其中数据存储器空间的地址范围还包括最大32K的全局数据存储器空间。片内有544字的双存取RAM。它具有比外存储器更高的性能，更低的成本和更低的功耗。每个机器周期可对此类的存储器进行两次存取。使用该类存储器可以加快系统的速度。

（3）外围设备

片上外设包括与时间有关事件的事件管理模块

（1）中央处理单元（CPU）

如图2CPU包括算术逻辑单元、乘法器、累加器、移位寄存器、各种专门用途的寄存器、地址发生器、比较选择单元、指数编码器。具体内容如下①先进的多总线结构，具有1条程序存储器数据总线、3条数据存储器数据总线和4条地址总线；②40位算术逻辑单元(ALU)，包括40位的桶形移位寄存器和2个独立的40位的累加器；③17位乘17位的并行乘法器与一个40位的专用加法器结合在一起，用于单周期乘／累加操作；④比较、选择和存储单元(CSSU)，用于Viterbi操作(一种通信的编码方式)中的加/比较选择；⑤指数编码器用于在单周期内计算40位累加器的指数值；⑥2个地址生成器，包括[6]8个辅助寄存器和2个辅助寄存器算术单元。

（2）内部存储器系统

内部存储器系统包括16～24位外接存储器接口、片内的程序ROM、片内的单访问的数据RAM和双访问的数据RAM。具有16位192 K的基本可

寻址空间：64 K字程序空间，64 K字数据和64 K字[7]的I/O空间。

（3）在片外设和专用电路

C5000系列的片外设和专用电路包括①软件可编程等待状态发生器；②可编程的存储器体转换逻辑；③片内的锁相环(PLL)时钟发生器，可采用内部振荡器或外部的时钟源；④外部总线关断控制电路可用来断开外部数据总线、地址总线和控制信号；⑤数据总线具有数据保持特性；⑥可编程的定时器；⑦直接存储器访问(DMA)控制器；⑧可与主机直接连接的8位并行主机接口(HPI)，有些产品还包括：扩展的8位并行主机接口(HPI8)和16位并行主机接口(HPIl6)；⑨片内的串口根据型号不同分以下类型：全双工的标准串口，支持8位和16位数据传送、时分多路(TDM)串口、缓冲串口(BSP)以及多通道缓冲串口(McBSP)。

3、C6000系列的内部结构

C6000系列主要包括 C62系列，C67系列和C64系列。三种系列的DSP包括 CPU、程序存储器（有些器件为程序高速缓充存储器）、不同大小的数据存储器；外围包括直接存储器访问控制器（DMA）、外围存储器接口（EMIF）、串行接口、主机接口等组成部分。程序取指令、指令拆包和指令译码单元可以在每个CPU的时钟周期内搬运8个32位的指令。指令的处理在两个数据通道（A和B）之一进行，每个数据通道包含4个功能单元和16个32位通用寄存器（对于C62x/C67x DSP）或64个32位通用寄存器（仅C64xDSP），四个功能单元分别为.L，.S，.M和.D控制寄存器组用来设定和控制不同处理器的操作。

(1)中央处理单元（CPU）

如图3所示，C62系列，C67系列和C64系列DSP的CPU包括：程序取指令单元；指令拆包单元；指令译码单元；两个数据通道，每个包含4个功能单元；32个32位寄存器，64个32位寄存器控制寄[8]存器（仅C64xDSP）；控制寄存器；控制逻辑。

(2)内部存储器

C62系列，C67系列和C64系列DSP有一个32位的，按照字节设定地址模式的地址空间。内部存储器（也称片内存储器）被分成数据存储区和程序存储区两个独立的空间。当使用片外存储器时，片内的存储器通过外部的存储器接口（EMIF）和片外存储器连在一起使用。C62系列和C67系列DSP有两个32位内部接口，可以访问内部数据存储器。C64系列DSP有两个64位内部接口，可以访问内部数据存储器。C62系列，C67系列和C64系列DSP有一个内部接口，可以访问内部程序存储器。访问内部

程序存储时，指令的宽度是256位。

图3 C6000系列的内部结构

（3）外围设备

C62系列、C67系列和C64系列DSP的外围设备，它作为CPU的一个补充。有以下几块内容组成：①串行接口；②计时器；③多通道缓冲串行口(McBPS）；④DMA控制器；⑤EDMA控制器；⑥外部扩展总线；⑦主机接口(HPI)；⑧能源控制逻辑，可以停止CPU、外围设和锁相环（PLL）的工作，降低能源的消耗；⑨32位外部存储器接口（EMIF),支持SDRAM、SBSRAM ，SRAM和其他一些异步[9]的存储器。

三、内部结构的总结及对比

C2000系列是一个控制器系列，全部为16位定点DSP。该系列中的一些型号具有片内FLASH

RAM，如TMS320F24x，TMS320LF240x等。TI所有DSP中，也只有C2000有FLASH。作为控制器，C2000系列除了有一个DSP核以外，还有大量的外设资源，如A/D、定时器、各种串口（同步或异步）、WATCHDOG、CAN总线、PWM发生器、数字IO脚等等。特别是 C2000的异步串口可以与PC的UART相连，也是TI所有DSP中唯一具有异步串口的系列。

C5000系列是一个定点低功耗系列，特别适用于手持通讯产品，如手机、PDA、GPS等。目前的处理速度一般在80MIPS一400MIPS。 C5000系列主要分为C54xx和C55xx两个系列。两个系列在执行代码级是兼容的，但他们的汇编指令系统却不同。C5000包含的主要外设有McBPS同步串口，HPI并行接口，定时器，DMA等。其中C55XX提供EMIF外部存储器扩展接口，允许用户直接使用SDRAM、SBSRAM、SRAM、EPROM等各种存储器。而C54XX没有提供EMIF，所以只能直接使用静态存储器SRAM和EPROM。另外，C5000系列一般都使用双电源供电，其I/0电压和核电压一般不同，而且不同

型号也有差别。不过，TI提供了全系列的DC—DC变换器可以解决DSP的电源问题。

C6000系列是一个32位的高性能的DSP芯片，目前处理速度从800MIPS一2400MIPS，而且还在不断提高。其中，C62XX为定点系列，C67XX和C64XX为浮点系列。同C55xx一样，C6000也提供EMIF扩展存储器接口，方便用户使用各种外部扩展存储器，如SBSRAM、 SDRAM、SRAM、EPROM。C6000提供的主要外设有McBPS同步串口，HPI并行接口，定时器，DMA等。另外，在C6000的一些型号中还[10]提供了PCI接口。

参考文献[1] 苏涛等.DSP实用技术.西安：西安电子科技大学出版社,2002.

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31 Mar2001.

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[10]TMS320C6000 CPU and Instruction set Reference

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