TMS320C2XX开发设计中应注意的问题

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1 引言
        高速数字信号处理器是当前信息产业的热点技术之一，采用最先进的DSP无疑会使所开发的产品具有更强的市场竞争力。与普通的MCU相比，DSP 芯片放弃了冯·诺依曼结构，采用程序存储器总线和数据存储器总线分开的改进的哈佛结构，独立的程序和数据存储器空间允许同时存取程序指令和数据，因而大大提高了处理速度。在改进的哈佛结构的基础上，DSP芯片广泛采用流水线操作以减少指令执行时间，从而进一步增强了处理器的数据处理能力，非常适合于实时的数字信号处理，但同时也给设计者带来了高频干扰和流水线冲突等诸多问题。
TMS320C2XX系列DSP芯片结构资源相似，开发工具相同，因而其开发设计具有很高的可比性。TMS320F206（以下简称F206）是TI公司 TMS320C2XX系列的一款高性价比定点DSP，目前已广泛应用于图形图像处理、语音处理、通信及多媒体等领域。由于DSP的开发、应用方式与普通的MCU差异很大，本文总结了开发F206时的几个要点。

F206是TI公司推出的一款高性能、低价位的定点DSP，是100引脚的TQFP（正方扁平）封装，主要特点如下：

（1）处理能力强。若时钟采用20MHz晶振，则指令周期为50ns，运算能力高达20MIPS。DSP芯片采用静态CMOS集成工艺制作而成，采用四级流水线操作，其先进的哈佛结构允许对数据与指令的操作同时进行，大大提高了数据的吞吐率和指令的执行速度；特殊的DSP指令系统提供了功能强大的数字信号处理操作，源代码与C1X、C2X、C5X兼容。另外，F206具有一个硬件乘法器，使得乘法运算可以在一个指令周期内完成，有效解决了数字信号处理实现中的乘法运算速度这一瓶颈问题。

（2）片内具有32k×16位的闪速存储器和 4.5k×1位的RAM。利用闪速存储器存储程序，降低了成本，减小了体积，同时系统软件升级也非常方便；大容量的片内RAM可满足大多数设计的要求，无需扩展片外存储器，可降低成本并使硬件设计十分简洁。

（3）地址映射分为四个可独立寻址的空间： 64k字程序存储器，包含程序执行所用的指令和数据；64k字本地数据存储器，保存指令所用的数据；32k字全局数据存储器，保存与其它处理器共用的数据，或者用做额外数据空间，本地数据存储器的上端32k字（8000H～FFFFH）地址空间可用做全局数据存储器；64k字的输入/输出（I/O）空间，与外部外围接口，并且包含片内外围寄存器。

（4）资源丰富。F206具有1个同步串行口 SSP、1个异步串行口ASP、1个软件可编程定时器（TIMER）以及大量中断资源和独特的JTAG接口等。由于与目标系统之间采用了JTAG逻辑扫描电路接口（基于IEEE1149.1标准），在仿真时不占用硬件资源，且可随时终止仿真察看CPU内部及外设的工作情况，使得程序的调试和查错十分方便。通过JTAG端口可向片内Flash串行下载程序，无需专门的编程器（XDS510仿真器即具有编程功能），进一步减少了开发成本，便于开发设计和产品的软件升级。

2硬件设计与调试

2.1 设计时应注意的问题
F206硬件设计时，应重点注意以下几点：

① 时钟电路。DSP时钟可由外部提供，也可由板上的振荡器提供。但一般DSP系统中经常使用外部时钟输入，因为使用外部时钟时，时钟的精度高，稳定性好，使用方便。由于DSP工作是以时钟为基准，如果时钟质量不高，那么系统的可靠性、稳定性就很难保证。因此，若采用外部时钟，选择晶振时应对其稳定性、毛刺做全面的检验，以便DSP系统可靠地工作。

② 复位电路。同时设计上电复位电路和人工复位电路，当系统运行中出现故障时可方便地人工复位。复位电路一方面应确保复位低电平时间足够长，保证DSP可靠复位；另一方面应保证稳定性良好，防止DSP误复位。

③ 在DSP电路中，对所有的输入信号必须有明确的处理，不能悬浮或置之不理，尤其要引起注意的是，对不可屏蔽硬件中断NMI，若设计中没用到，则硬件设计时应确保将其相应引脚拉高，否则程序运行时会出现不可预料的结果；若设计中用到NMI，也应在程序正常执行阶段置其相应引脚为高电平。

④ 模拟电路与数字电路应分开布置，独立布线后单点连接电源和地，避免相互干扰。

⑤ DSP和片外程序和数据存储器接入电源前，应加滤波电容并使其尽量靠近芯片电源引脚，同时使其对地回路面积最小，以滤除电源噪声。另外，在DSP与片外程序存储器和数据存储器等关键部分周围建议布上地网，以减少外界干扰。

⑥ 片外程序存储器和数据存储器应尽量靠近DSP芯片放置，同时合理布局，使数据线和地址线长短基本保持一致。对于DSP系统而言，应选择存取速度与DSP相仿的外部存储器，不然DSP的高速处理能力将不能充分发挥。当DSP周围电路较复杂时，建议将DSP及其时钟、复位电路和片外程序存储器和数据存储器制作成最小系统，以减少干扰。笔者曾在这个问题上花费大量时间和精力，由于干扰严重，DSP根本无法正常工作。后将DSP 及其时钟、复位电路和片外程序存储器和数据存储器制成最小系统，主要信号线通过金手指与其它相应电路相连，结果DSP系统运行正常。

2.2 调试时应注意的问题
     在硬件调试前，应先对电路板进行细致的检查，观察有无短路或断路情况，由于DSP的PCB板布线一般较密、较细，这种情况发生的概率还是比较高的。加电后，应用手感觉是否有些芯片特别热。如果发现有些芯片烫得厉害，说明有问题，需掉电检查确认无误或排除故障之后再上电。排除上述问题后，应检查晶体是否振荡，复位是否正确可靠，然后用示波器检查DSP的CLK-OUT1和CLK-OUT2引脚的信号是否正常，若正常则表明DSP本身工作基本正常。主要有两项要求：

①保证电源的稳定可靠。在DSP硬件系统调试前，应确保给实验板供电的电源有良好的恒压恒流特性。尤其要注意的是，DSP的入口电压应保持在 5.0±0.05V。电压过低，则通过JTAG接口向Flash写入程序时，会出现错误提示；电压过高，则会损坏DSP芯片。由于电源电压过高，笔者曾有过一个上午烧坏三块DSP的惨痛经历。另外，由于在调试时要频繁对实验板开断电，若电源质量不好，则很可能在突然上电时因电压陡升而烧坏DSP 芯片。

②利用仿真软件排除硬件故障。当完成对电路板的检查后，可通过仿真软件来调试程序。由于仿真时，程序代码下载到目标系统中的片外程序用存储器，因而通过仿真软件可以比较容易地检查出一些硬件故障。当上电后，若仿真软件调试窗口始终无法调入程序，此时有两种可能： DSP芯片引脚存在断路或短路现象以及DSP芯片损坏。倘若是第一次利用仿真软件调试程序，此时应对实验板断电，仔细检查DSP芯片各引脚的焊接情况。如果软件调试窗口曾正确调入程序，则可能是DSP芯片损坏，此时，可通过检测实验板的整板阻抗来进一步判断DSP芯片是否受损。若整板阻抗急剧下降，则将给DSP芯片供电的电源线割断，检测DSP芯片的电阻。正常的DSP芯片的电阻为MΩ级，若被测芯片电阻明显低于该值，则可断定DSP芯片已被烧坏。

如果软件调试窗口可调入程序，但调入的程序局部出错，如对片外程序存储器或数据存储器操作的代码变成了.word xxxx，此时可能是片外程序存储器或数据存储器出现故障。首先应仔细检查存储器是否存在短路或虚焊，若不存在则应进一步判断存储器是否受损。本人曾遇到上述现象，后经仔细检查，发现存储器引脚有虚焊。