基于TMS320F2812的外部接口时序可靠性研究

本文通过对TI公司DSP处理器TMS320F2812接口机制及时序特性的研究，介绍了TMS320F2812的接口配置思路及注意事项，分析了访问外设的时序控制机理，同时试验验证了该处理器流水线操作的时序访问特性，并针对该特性提出了提高时序可靠性的设计措施，对指导基于TMS320F2812的系统设计、提高产品接口时序可靠性具有重要意义。

【关键词】TMS320F2812 外部接口 时序 可靠性

近年来，随着微电子技术的飞速发展，数字信号处理器（DSP）应用越来越广泛，同时也得到越来越多的关注。TI公司推出的TMS320F2812由于具有功耗低、运算速度快、片上资源丰富、编程灵活、可靠性高等优点，成为电子设计中应用最广泛的处理器之一。

基于TMS320F2812产品设计中DSP处理器需要与A/D、D/A、1553B等外设进行信息交互，接口时序的可靠性直接影响电子控制产品的功能可靠性，接口不可靠、时序不匹配会导致：DSP读到异常数据， 参与控制的数据错误从而发出错误的指令；外设接收到异常数据或指令，外设按照异常数据或指令动作，导致产品工作异常。为了提高DSP处理器与外设接口的时序可靠性，从而提高产品的整体可靠性，本文针对TMS320F2812与外设的接口时序设计进行了深入研究。

1 TMS320F2812外部接口描述

TMS320F2812外部接口（XINTF）采用异步非复用模式总线，映射到5个独立的存储空间：Zone0、Zone1、Zone2、Zone6、Zone7，当访问相应的存储空间时，就会产生一个片选信号；另外，XZCS0n和XZCS1n共用一个片选信号XZCS0AND1n， XZCS6n和XZCS7n共用一个片选信号XZCS6AND7n，XZCS2n单独输出一个片选信号。TMS320F2812的外部接口框图如图1所示。

TMS320F2812的外部五个存储空间Zone0、Zone1、Zone2、Zone6、Zone7每个空间都可以独立地设置访问等待、选择、建立以及保持时间，同时还可以用XREADY信号来控制外设的访问。外部接口的访问时钟频率由内部的XTIMCLK提供，XTIMCLK频率可以配置为等于系统输出时钟fSYSCLKOUT或fSYSCLKOUT/2。

2 外部接口配置

外部接口控制寄存器能够配置各种参数，以便能够与众多不同外部扩展设备无缝接口。在使用过程中，主要根据TMS320F2812器件的工作频率以及XINTF的特性进行配置。由于配置前后，XINTF可能会发生很大变化，所以尽量避免将配置程序放在XINTF扩展的存储器空间执行。

在改变XINTF配置寄存器和时序寄存器的过程中，不能对XINTF进行如下操作：仍在CPU流水线上的指令对XINTF的访问、XINTF写缓冲器内的写访问、数据读写和预先取指操作。为保证在改变配置过程中不访问XINTF，任何配置XTIMING0/1/2/6/7/、XBANK或XINTCNF2寄存器的操作，都必须采用如图2所示配置流程图。

2.1 XINTF时钟配置

XINTF模块有两种时钟模式，可以配置为与SYSCLKOUT时钟频率相同或为SYSCLKOUT/2。所有的外部扩展访问都是以内部XINTF的时钟XTIMCLK为参考的，因此在配置XINTF时，首先要通过XINTCNF2寄存器配置XTIMCLK。外部接口还提供一个时钟输出XCLKOUT，所有外部接口的访问都是在XCLKOUT上升沿开始，可以通过XINTCNF2寄存器的CLKMODE位配置XCLKOUT的频率。

2.2 写缓冲

TMS320F2812复位后默认情况下写缓冲被屏蔽，为提高XINTF性能，要使能写缓冲访问模式。在不停止CPU的情况下，最多可允许3个数据通过缓冲方式向XINTF写数据。写缓冲器的深度可以在XINTCNF2寄存器内进行配置。

2.3 各地址空间访问的建立（lead）、激活（Active）、和跟踪（Trail）的时序配置

XINTF是直接访问外部接口的存储器映射区域。任何对XINTF空间的读或写操作的时序都可以分为三个阶段：建立、激活和跟踪。在寄存器XTIMING中可以设置每个XINTF空间访问各阶段时等待的XTIMCLK周期数。读写访问操作的时序可以独立进行配置。除此之外，为了能够与慢速外设接口，还可以使用X2TIMING位使访问特定空间的建立、激活和跟踪等待时间延长1倍。

对于XTIMING配置为最长仍不能满足可靠接口要求的慢速外设，DSP可以配置为检测外设输出的XREADY信号，从而可以延长DSP访问外设的激活阶段。TMS320F2812上所有的XINTF空间公用一个XREADY信号，每个空间都可以进行独立配置检测或不检测XREADY信号，并可以选择同步检测或异步检测XREADY信号。DSP访问外设使用XREADY信号访问外设时，一定要保证外设输出至DSP的XREADY信号的可靠性，并需要看门狗进行保护。

3 TMS320F2812流水线访问外设特性

对于C28X系列DSP，在对外设进行访问时，有两种情况：一种是访问时硬件会保护外设寄存器所占用的存储空间，严格按照语句顺序执行，避免操作次序被颠倒，这样的存储空间称为写操作后面紧跟读操作流水线保护空间，在TMS320F2812上，Zone1空间为默认的写操作紧跟读操作流水線保护空间；另一种是读操作先于写操作执行，由于该特性存在，在写操作后面紧跟读操作执行时，如果两个操作的目标地址不同，其实际的执行顺序为先执行读操作后执行写操作（如果两个操作的目标地址相同，其实际的执行顺序为先执行写操作后执行读操作），对于 TMS320F2812，Zone0、Zone2、Zone6、Zone7空间为此类非流水线保护空间。endprint

3.1 试验验证情况

对于TMS320F2812的非流水线保护空间（以Zone0为例），设计了测试代码，通过示波器观察DSP输出的R/Wn信号，以此判断DSP实际执行语句的顺序，测试源代码如下：

int i，iTemp；

int * ADDR1， * ADDR2；

……

for（i=0；i<5；i++）

{

iTemp = *ADDR1；

*ADDR1= iTemp；

iTemp = *ADDR2；

*ADDR2= iTemp；

}

当指针ADDR1与ADDR2指向的地址相同时，经R/Wn信号测得的波形如图3所示，由波形可知DSP每个循环执行语句的时序为读→写→读→写。

当指针ADDR1与ADDR2指向的地址不同时，经R/Wn信号测得的波形如图4所示，由波形可知DSP每个循环执行语句的时序为读→读→写→写，每个循环中间的写→读操作互换变为读→写操作，其原因即上面所述DSP的不受保护的流水线访问机制。由于此时时序互换的写操作和读操作的目标地址不同，因此訪问时序的互换不会影响程序的运行结果。

对于TMS320F2812的写操作后面紧跟读操作流水线保护空间Zone1，同样用上述测试代码进行试验，通过示波器观察DSP输出的R/Wn信号。由于空间Zone1对DSP访问外设时写操作后面紧跟读操作流水线进行了保护，无论目标地址是否相同均不会出现时序颠倒的情况。对于Zone1的两地址ADDR1与ADDR2相同和不同时，通过示波器观察DSP输出的R/Wn信号波形均如图5所示。

3.2 基于TMS320F2812流水线访问外设特性的设计措施

由于TMS320F2812流水线访问外设除受保护区Zone1以外均有写操作后面紧跟读操作时先执行读操作的特性，当外设通过并行接口用XINTF进行访问时，实际应用中如果涉及向某一寄存器写入一条指令会更新另一寄存器某些状态位，并接着通过后一寄存器状态位查询前一条操作是否操作成功的工作流程，在查询后一寄存器状态时必须保证前一条写入操作可靠执行，此时写→读的操作顺序必须严格执行不允许颠倒，如遇此情况，设计时须将该外设映射到Zone1，保证操作时序的正确性。

基于以上分析，扩展用XINTF进行访问的带寄存器并行外设时，其地址空间应尽量分配在流水线保护空间Zone1，以提高操作时序的可靠性。

4 结束语

本文通过对TI公司DSP处理器TMS320F2812接口机制及时序特性的研究，介绍了TMS320F2812的接口配置思路及注意事项，分析了访问外设的时序控制机理，同时试验验证了该处理器流水线操作的时序访问特性，并针对该特性提出了利用流水线保护空间Zone1扩展外设提高时序可靠性的设计措施，对指导基于TMS320F2812的系统设计、提高产品接口时序可靠性具有重要意义。

参考文献

[1]Texas Instruments，《TMS320F2810， TMS320F2811，TMS320F2812，TMS320C2810， TMS320C2811，TMS320C2812 Digital Signal Processors》，DALLAS， TEXAS，2005.

[2]Texas Instruments，《TMS320x281x DSP External Interface （XINTF） Reference Guide》，DALLAS，TEXAS，2004.

[3]苏奎峰，吕强，耿庆锋，陈圣俭.TMS320F2812 原理与开发[M].电子工业出版社，2005.

[4]苏奎峰，吕强，常天庆，张永秀.TMS320X281X DSP原理及C程序开发[M].北京航空航天大学出版社，2008.

作者简介

曹英健（1982-），男，河北省人。高级工程师，自动化专业硕士，现从事控制器、电机驱动器等电力电子产品研发，长于电子产品可靠性设计与故障模式探究。

作者单位

北京精密机电控制设备研究所 北京市 100076endprint