第2章 TMS320C2000系列DSP芯片的基本结构及性能

1、 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.1 2.1 C28x Piccolo系列基本结构及性能系列基本结构及性能 2.1.1 F2802x系列系列 2.1.2 F2803x系列系列 2.1.3 F2805x系列系列 2.1.4 F2806x系列系列 2.2 2.2 C28x Delfino系列基本结构及性能系列基本结构及性能 2.2.1 F2833x系列系列 2.2.2 C2834x系列系列 2.2.3 F2837xD系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.3 2.3 Concerto系列基本结构及性能系列基本结构及性能 2.3.1 F28M35x系列系列 2

2、.3.2 F28M36x系列系列2.4 2.4 C28x Delfino系列基本结构及性能系列基本结构及性能 2.4.1 TMS320F281x系列系列DSP的主要性能的主要性能 2.4.2 TMS320F2812DSP的功能结构图及片内外设的功能结构图及片内外设 2.4.3 TMS320F2812DSP的引脚分布及功能的引脚分布及功能安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 C2000是一种注重实时控制应用的微控制器系列，应用是一种注重实时控制应用的微控制器系列，应用范围包括数字电源、数字电机控制、位置传感、汽车雷达等。范围包括数字电源、数字电机控制、位置传感、汽车雷达等。C2000

3、器件核心是一个器件核心是一个32位位C28x CPU，其频率范围介于，其频率范围介于40-400MHz之间，外加浮点单元，部分器件还配有控制律加速器之间，外加浮点单元，部分器件还配有控制律加速器（CLA），它实际上成为与），它实际上成为与CPU并行运行的第二个内核，能并行运行的第二个内核，能够独立地控制外设。够独立地控制外设。 目前在目前在TMS320C2000系列产品中，系列产品中，TI主要推出了四个系主要推出了四个系列主流产品，即使用广泛的列主流产品，即使用广泛的C28x定点系列、低成本与高创新定点系列、低成本与高创新的的C28x Piccolo系列、系列、C28x Delfino浮点性能

4、系列以及基于浮点性能系列以及基于C28x和和ARM Cortex-M3的的Concerto多核系列。图多核系列。图2-1给出了给出了TI公司公司28x系列系列DSP的发展趋势。的发展趋势。 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.1 C28x Piccolo系列基本结构及性能系列基本结构及性能 2008年年10月，月，TI发布了基于发布了基于C2000 DSP的的Piccolo系列，取自意大利语系列，取自意大利语“风笛风笛”，是以小巧、，是以小巧、低成本、高集成度为主要特点的低成本、高集成度为主要特点的32位微控制器，采位微控制器，采

5、用最新的架构技术成果和增强型外设，能够提供一用最新的架构技术成果和增强型外设，能够提供一款低成本的高集成度解决方案，有助于在成本敏感款低成本的高集成度解决方案，有助于在成本敏感型应用中实现处理器密集型的型应用中实现处理器密集型的32位实时控制功能。位实时控制功能。Piccolo系列可提供多种封装版本和外设选项，实现系列可提供多种封装版本和外设选项，实现了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美组了高性能、高集成度、小尺寸以及低成本的完美组合。合。 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2802x Piccolo系列为系列为C28x内核供电，此内核与低引脚数内核供电，此内核与低引脚

6、数量器件中的高集成控制外设相耦合。该系列的代码与以往基于量器件中的高集成控制外设相耦合。该系列的代码与以往基于C28x的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。的代码相兼容，并且提供了很高的模拟集成度。 F2802x系列速度为系列速度为40-60MHz，配有多达，配有多达64KB Flash，属于低成本入，属于低成本入门级产品。门级产品。2.1.1 F2802x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2803x系列把系列把Flash提高到提高到128KB，是配有可选的浮点协处，是配有可选的浮点协处理器（称为理器（称为“控制律加速器控制律加速器”-CLA），可独立访问反馈与前

7、），可独立访问反馈与前馈外设，能够提供并行控制环路，以强化主馈外设，能够提供并行控制环路，以强化主CPU，是实现并行，是实现并行控制环路处理的最早产品系列控制环路处理的最早产品系列 。2.1.2 F2803x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2805x Piccolo 系列与前面介绍的芯片不同的是在其模拟系列与前面介绍的芯片不同的是在其模拟前端（前端（AFE）包含多达七个比较器，它们具有多达三个数模转）包含多达七个比较器，它们具有多达三个数模转换器（换器（DAC），一个），一个VREFOUT 经缓冲的经缓冲的DAC，多达四个可，多达四个可编程增益放大器（编程增益放大器

8、（PGA）和四个数字滤波器。）和四个数字滤波器。 2.1.3 F2805x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2806x包括一个浮点单元（包括一个浮点单元（FPU）以及双存储器和新的）以及双存储器和新的Viterbi复杂数学单元（复杂数学单元（VCU），为），为Piccolo带来浮点运算功能，带来浮点运算功能，以提高性能与易用性。同时在以提高性能与易用性。同时在F2803x基础之上增加了基础之上增加了USB接口接口与主控制器，处理复杂映射的与主控制器，处理复杂映射的VCU，而且把，而且把RAM 扩大到扩大到100KB，Flash扩展到扩展到256KB。 2.1.4 F2

9、806x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.2 C28x Delfino系列基本结构及性能系列基本结构及性能2009年年3月，月，TI针对高端实时控制应用，推出基于针对高端实时控制应用，推出基于C2000平台的全新产品平台的全新产品Delfino系列，同样同样取自系列，同样同样取自意大利语意大利语“海豚海豚”。以其像海豚的灵动与聪慧那样，。以其像海豚的灵动与聪慧那样，该系列产品寄托了设计师对产品的美好期望：该系列产品寄托了设计师对产品的美好期望：Delfino系列能以其双倍于以往产品的浮点性能，充系列能以其双倍于以往产品的浮点性能，充分满足更高智能、更低能耗的高端实时控

10、制市场的分满足更高智能、更低能耗的高端实时控制市场的需求。需求。TI C2000 32 位微处理器的位微处理器的Delfino浮点系列目前有浮点系列目前有三种高性能产品，三种高性能产品，F2833x、F2834x和和F2837xD系列，系列，为实时控制应用带来了领先的浮点性能和集成度。为实时控制应用带来了领先的浮点性能和集成度。 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2833x系列速度为系列速度为100-150MHz，Flash多达多达512KB。它们是针对要求严格的控制应用的高度集成、。它们是针对要求严格的控制应用的高度集成、高性能解决方案。高性能解决方案。 2.2.1 F28

11、33x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 C2834x系列性能翻倍，达到系列性能翻倍，达到300MHz，但是此系，但是此系列解决方案仅限于基于列解决方案仅限于基于RAM的存储，的存储，RAM可达到可达到516KB。 2.2.2 C2834x系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F2837xD系列支持双核系列支持双核C28x处理功能与双实时控制律加速处理功能与双实时控制律加速器（器（CLA），可提供），可提供800 MIPS浮点性能，从而可帮助用户为计浮点性能，从而可帮助用户为计算要求严格的控制应用开发低时延系统，还可通过将多个嵌入算要求严格的控制应用开

12、发低时延系统，还可通过将多个嵌入式处理器整合在单个系统中以降低复杂性，充分满足高级伺服式处理器整合在单个系统中以降低复杂性，充分满足高级伺服驱动器、太阳能中央逆变器以及工业不间断电源（驱动器、太阳能中央逆变器以及工业不间断电源（UPS）等需）等需要实时信号分析的应用需求。要实时信号分析的应用需求。 2.2.3 F2837xD系列系列安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.3 Concerto系列基本结构及性能系列基本结构及性能2011年年6月，月，TI公司宣布推出新型公司宣布推出新型C2000 Concerto 双核微控双核微控制器系列，可帮助用户设计出环保性能与连接能力更佳的应制

13、器系列，可帮助用户设计出环保性能与连接能力更佳的应用。这种新型用。这种新型Concerto 32位微控制器将位微控制器将TI的具有同类领先的具有同类领先性能的性能的C28x内核及控制外设与内核及控制外设与ARM Cortex-M3通信内核及通信内核及连接外设组合起来并于同一个芯片，以提供一种分区明确的连接外设组合起来并于同一个芯片，以提供一种分区明确的架构，可在单个具有成本效益的器件中支持实时控制和高级架构，可在单个具有成本效益的器件中支持实时控制和高级连接。另外，还增加了新的安全保密功能，创建了易于产品连接。另外，还增加了新的安全保密功能，创建了易于产品开发的软件基础架构。开发的软件基础架构

14、。“Concerto”一词源自拉丁文，取义一词源自拉丁文，取义“协奏曲协奏曲”，也就是两，也就是两种因素既竞争又协作的意思。该系列产品体现了这种特点。种因素既竞争又协作的意思。该系列产品体现了这种特点。Concerto系列产品是一款具有独立通信和实时控制子系统的系列产品是一款具有独立通信和实时控制子系统的多内核片载系统微控制器多内核片载系统微控制器 。 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 F28M35H52/22C，F28M35M52/22C和和F28M35M/E20B是是Concerto F28M35x系列产系列产品品 。2.3.

15、1 F28M35x系列系列2.3.2 F28M36x系列系列 F28M36x微控制器完美集成了由微控制器完美集成了由C28x数字数字信号处理器提供的实时精确控制以及由信号处理器提供的实时精确控制以及由ARM Cortex-M3内核与片上外设实现的高级连接性。内核与片上外设实现的高级连接性。F28M36P63/53C，F28M36H53C/B和和F28M36H33C/B是是Concerto F28M36x系列产品系列产品 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院2.4 C28x定点系列基本结构及性能定点系列基本结构及性能2003年，年，TI公司首次推出核心产品公司首次推出核心产品32位位

16、C28x内核芯内核芯片，它包括片，它包括F281x、F280 x 和和F282x等产品系列，它等产品系列，它们具有多种外设和存储器配置，可满足不同的控制们具有多种外设和存储器配置，可满足不同的控制应用要求。应用要求。TMS320C28x是到目前为止用于数字控制领域性能是到目前为止用于数字控制领域性能最好的最好的DSP芯片。这种芯片采用芯片。这种芯片采用32位的定点位的定点DSP核，核，最高速度可达最高速度可达400MIPS，可以在单个周期内完成，可以在单个周期内完成3232位的乘累加运算，具有增强的电机控制外设、位的乘累加运算，具有增强的电机控制外设、高性能的模数转换能力和改进的通信接口，具有

17、高性能的模数转换能力和改进的通信接口，具有8GB的线性地址空间，采用低电压供电（的线性地址空间，采用低电压供电（3.3V外设外设/1.8V核），与核），与TMS320C24x源代码兼容。源代码兼容。安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 TMS320F281x系列系列DSP产品主要包括片内集成产品主要包括片内集成Flash存储存储器的器的F2810、F2811和和F2812，与片内集成只读存储器，与片内集成只读存储器ROM的的C281x系列系列DSP相比，相比，F281x系列的系列的Flash可以由用户反复编可以由用户反复编程，便于系统调试和代码升级，是用户通常选用的系列，而程，便于

18、系统调试和代码升级，是用户通常选用的系列，而C281x系列的片内系列的片内ROM只能由用户提供程序代码给厂家掩膜只能由用户提供程序代码给厂家掩膜一次，适用于产品定型后的大批量产品。一次，适用于产品定型后的大批量产品。 TMS320F281x系列系列DSP的主要芯片为的主要芯片为TMS320F2810和和TMS320F2812。两种芯片的差别是：。两种芯片的差别是：F2812内含内含128K16位位的片内的片内Flash存储器，有外部存储器接口，而存储器，有外部存储器接口，而F2810仅有仅有64K16位的片内位的片内Flash存储器，且无外部存储器接口。存储器，且无外部存储器接口。 本书将以本

19、书将以TMS320F2812 DSP芯片作为主要的介绍对象。芯片作为主要的介绍对象。 2.4.1 TMS320F281x系列系列DSP的主要性能的主要性能 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院C2000 Control ApplicationsIndustrial DrivesServo Control Home appliancesElectric Power Steering Digital Motor Control3-phase metering with PLCTorque, pressure, liquid flow, or gas sensorsAutomotive

20、RadarSubwoofers（低音炮）（低音炮）Advanced SensingDigital Power Supplies Commercial, Industrial, & Consumer UPS Multi-channel DC/DC converters Solar & Wind inverters Hybrid VehiclesFast, high resolution signal processingPeripheral suite optimized for control applications安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院C2000

21、RoadmapDeviceFutureProductionDevelopmentSamplingF282xx150 MIPSDMAF283xx300 MFLOPSDMADelfino600 MFLOPS16-bit ADCC28xxxPerformanceF281x150 MIPSF280 xx60 -100 MIPSPiccolo60 MIPSVREG, COMPPiccolo40 MIPSVREG, COMPC28xxxIntegration安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院TMS320F2812主要特点主要特点 高性能静态高性能静态CMOS技术：技术：150MHz时钟、低功

22、耗设计、编程电压时钟、低功耗设计、编程电压3.3V。 JTAG边界扫描（边界扫描（Boundary Scan）支持）支持 高性能的高性能的32位中央处理器：位中央处理器：哈佛总线结构、双哈佛总线结构、双16位乘加单元、迅速的中断位乘加单元、迅速的中断 响应和处理响应和处理 片内存储器：片内存储器：128KFlash、2个个4K的随机存储器、的随机存储器、1个个8K的的SARAM， 2个个1K的的SARAM 根只读存储器（根只读存储器（Boot ROM）4K16位位 外部存储器接口：外部存储器接口：可编程等待状态可编程等待状态： 时钟与系统控制：时钟与系统控制：片上振荡器、看门狗定时器模块片上振

23、荡器、看门狗定时器模块 三个外部中断三个外部中断 外部中断扩展（外部中断扩展（PIE）模块）模块 ：可支持可支持45个外部中断个外部中断 128位的密钥位的密钥 安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 3个个32位的位的CPU定时器定时器 马达控制外围设备：马达控制外围设备：两个事件管理器两个事件管理器 串口外围设备：串口外围设备：SPI /SCI/ UART/eCAN/McBSP 12位的位的ADC，16通道：通道：80ns/12.5MSPS 有有56个独立的可编程、多用途通用输入个独立的可编程、多用途通用输入/输出（输出（GPIO）引脚）引脚 高级的仿真特性：高级的仿真特性：分析

24、和设置断点的功能，实时硬件调试功能分析和设置断点的功能，实时硬件调试功能 开发工具开发工具: ANSI C/C+编译器编译器/汇编程序汇编程序/连接器、支持连接器、支持TMS320C24x/240 x的的 指令、代码编辑集成环境、指令、代码编辑集成环境、DSP/BIOS、硬件评估板、硬件评估板安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院 TMS320F2812是是TI公司推出的功能强、性能优越的公司推出的功能强、性能优越的32位定点位定点DSP芯片之一。时钟周期为芯片之一。时钟周期为6.67ns（时钟频率为（时钟频率为150MHz），），3232位的硬件乘法器，位的硬件乘法器，2个个12位

25、、位、16路的路的A/D转换器，转换时间为转换器，转换时间为80ns，16路的路的PWM通道，通道，4个定时器，个定时器，一个一个SPI，两个，两个SCI，一个改进的控制局域网，一个改进的控制局域网eCAN，一个多，一个多通道缓冲串行接口通道缓冲串行接口McBSP，56个个GPIO引脚，具有增强的电引脚，具有增强的电机控制外设，高性能的模数转换能力和改进的通信接口，与机控制外设，高性能的模数转换能力和改进的通信接口，与TMS320LF24xA源代码兼容。源代码兼容。TMS320F2812的功能结构框图的功能结构框图如图所示。如图所示。2.4.2 TMS320F2812 DSP的功能结构图的功能

26、结构图及片内外设及片内外设 Memory Bus 128Kw Flash+ 2Kw OTP4Kw Boot ROM18Kw RAMCode securityXINTF32-BitRegister FileReal-TimeJTAG32-bitTimers (3)150 MIPs C28xTM 32-bit DSP32x32 bitMultiplierR M WAtomicALU Interrupt ManagementEvent Mgr AEvent Mgr B12-Bit ADCWatchdogGPIOPeripheral BusMcBSPCAN 2.0BSCI-ASCI-BSPIEvent

27、 ManagersUltra-Fast 12-bit ADC16.7 MSPS Conversion SpeedDual s/h enable simultaneous samplingAuto Sequencer, up to 16 conversions w/o CPUMultiple standard communication ports provide simple interfaces to other componentsFast program execution out of bothRAM and Flash memory110-120 MIPS with Flash Ac

28、celeration Technology150 MIPS out of RAM for time-critical code Control PeripheralsCommunications PortsMemory Sub-SystemControl PortsTarget ApplicationOptical Networking, Power Supplies, Industrial Applications, Automotive, and many moreF2810/F2812: 业界最强大的控制专用业界最强大的控制专用DSP安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工程大学电气工程学院安徽工