摘 要：TMS320C6713是由TI公司生产的高精度浮点型DSP芯片。基于DSP6713设计的最小系统板对与DSP有关的科研试验以及工程等领域有着重要的应用价值。主要研究并介绍基于DSPTMS320C6713控制系统的最小系统板的硬件设计,并就最小系统板设计过程中的注意事项做了详尽阐述。针对电源电路、复位电路、时钟电路、JTAG接口电路、扩展板接口电路和外部存储器扩展电路,提出可行的设计方案,该方案已作为模板电路实现。
关键词：DSP;TMS320C6713;最小系统;硬件设计
中图分类号：TP274文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)08-041-03
Design of Minimal System Board Based on DSPTMS320C6713
SONG Yue,GAO Weiqiang,YAN Qiusheng
(College of Mechanical and Electronic Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou,510006,China)
Abstract：TMS320C6713 is a high precision floating digital signal processor which is produced by TI company.The minimal system that designed based on DSP6713 is very useful and valuable to the area of research and project which respect to DSP.This paper researches and introduces the design of minimal system of control system based on DSPTMS320C6713,and also introduces some problems which need to notice during the design of minimal system.The feasible project of design minimal system hardware circuit will be put forward in the paper.The hardware circuit includes the circuit about power supply,reset,timing,JTAG emulation,extend circuit interface and external memory interface.This project has been realized as the moulding board.
Keywords：DSP;TMS320C6713;minimal system;design of hardware
1 引 言
TMS320C6713是TI公司推出的一款TMS320C6000系列的浮点DSP芯片。其片内有8个并行的处理单元,单字节字长为32位,从而每周期可以执行8条32位指令；他具有强大的外设支持能力,32位外部存储器接口(EMIF)可以很方便地和SRAM,EPROM,FLASH,SBSRAM和SDRAM等同步和异步存储器或者512 MB的外部存储空间连接[1]。
一个DSP硬件系统可以分为最小硬件系统板和外围接口电路2部分,DSP最小板作为开发DSP系统的基础,一般主要包括电源、复位电路、时钟电路、外部存储器总线接口电路、仿真器接口电路等部分,缺一不可[2]。作为控制系统的最小板,需在其外围接入扩展板,以使系统能够实现相应功能,为此,最小板设计扩展板接口,实现DSP与扩展板及其他芯片通信的目的。
2 系统硬件设计
结合DSPTMS320C6713设计最小硬件系统板对其他基于DSP6713搭建的控制系统以及其扩展电路的设计有实际应用价值。最小板结构框图如图1所示：
2.1 电源电路
C6000系列DSP采用的是双电源供电方式,即内核与I/O都需要供电,TMS320C6713BGDP300型DSP,其主频最高可达到300 MHz,他对供电电压的要求是：内核电压（DVDD,device voltage）为1.26 V,I/O电压（CVDD,core voltage）则与外部其他芯片相同为3.3 V[3，4]。在电源电路设计的芯片选用上,采用的是TI公司的开关电源DC/DC稳压芯TPS54310,其核电压供电电路如图2所示。3.3 V电源电路可以通过改变分压电阻值来获得,结构与图2相似。
2.2 复位电路
DSP6713需要系统在上电时为其提供一个100~200 ms的复位脉冲[5],并且由于DSP6713的工作频率达到300 MHz,在运行时很可能发生干扰和被干扰的现象,导致系统不稳定以致死机,所以需要自动复位电路具有监视功能(Watchdog)。系统采用的是Maxim公司生产的MAX706监控器,MAX706的外围电路简单,能有效提高系统的可靠性和抗干扰能力。电路如图3（a）所示。
2.3 时钟电路
DSP6713的时钟引脚为CLKIN和ECLKIN。采用频率50 MHz的有源晶振为其提供时钟信号,晶振的输出引脚直接与CLKIN和ECLKIN相连,并通过设置PLL电路的CLKMD0CLKMD2引脚值来确定倍频系数,经过倍频,产生CPU的工作时钟以及同步接口所需的时钟信号。CLKMD0经1 kΩ的上拉电阻与电源相连,设置为1。如图3（b）所示。
2.4 JTAG接口电路
仿真器的JTAG接口都满足IEEE1149.1标准 ,与仿真器上的接口一致[6]。系统采用标准的14脚接口,在DSP与JTAG接口之间设置由TI公司生产的74CBTD3384场效应管总线开关芯片组成的电路 ,通过设置1/OE和2/OE输入电平,以起到控制Ａ脚与Ｂ脚导通,从而对TMS,TDI,TDO和TCK_RET信号进行缓冲驱动,叫嚣传播中的延迟,并对电路进行过压保护。如图4所示。
2.5 外部存储器总线接口电路
根据系统设计的要求,采用外接SST公司生产的16位,8 Mb的FLASH SST39LF800A,以增大系统程序的存储空间,以提高系统工作效率。同时采用Micron公司的32位,64 Mb的SDRAM MMT48LC2M32B6,其主频最高可达166 MHz,电路如图5所示。
系统采用ROM加载方式,CE0作为SDRAM的寻址空间;CE1作为FLASH的寻址空间,FLASH的加载程序从CE1空间引导装载。当系统复位时,DSP6713通过锁存Bootmode［4…0］,设置好地址0处的存储器类型为MAP0,进入ROM Bootloader运行方式,DSP6713通过EDMA把CE1中1 kB数据拷贝到地址0处的存储器中,开始从地址0处运行,读取FLASH的程序。FLASH加载流程图如图6（a）所示。为测试SDRAM连接的是否正确,可通过测试程序在SDRAM起始地址0x0000 0000处写入1 k各数据,并将其复制到0x8000 0000处,同时读入数据缓冲区,和写入数据进行比较。测试程序流程图如图6（b）所示。
2.6 扩展接口电路
作为控制系统的最小系统板,为了与外部扩展板的之间的通讯,使系统模块化,以及满足系统自身及升级的要求,最小系统板为此设计了扩展板接口电路。接口采用96针的针脚式接口,针脚分别分配给地址线、数据线、EMIF接口信号线、电源线、复位线、时钟等。作为扩展板的接口,需在电路输入端加驱动隔离,以保护DSP核心器件,同时增大DSP的驱动能力。为避免最小系统板与扩展板之间的干扰,在接口处需加光电耦合器进行隔离,在此光电耦合器对信号有反向作用,以调整信号的极性。
3 其他电路的设计
(1) 由于电路中芯片共用电源,需要在芯片之间接电容电阻去耦,可加33 Ω的排阻以起到减小芯片之间干扰的作用。同时应注意在电源和地之间的去耦,合理分布去耦电容以滤除噪声,提高系统的稳定性。一般对于0402型号0.1 μF电容设置在60个左右,其中30个设置在CVDD电路附近,30个设置在DVDD电路附近。并且这些电容放置的位置距DSP不要超过1.25 cm。由于寄生电感会影响电容的工作效率,所以应尽量用体积小的电容。
(2) 由于SDRAM在处理、传输数据时会产生大小不一的工作电流,可在SDRAM与DSP之间加入排阻,起到稳压作用,使系统工作更稳定。
(3) 为了在DSP芯片焊接之后可以直接通过焊盘检[LL]测到芯片引脚的状态,可以将这些引脚引出,为其设计测试孔,以确保在以后改动中可直接从这些测试孔跳线。DSP芯片的有些引脚必须接4.7 kΩ或10 kΩ的上拉电阻拉高,例如READY,EMU0,EMU1,HOLD*,XBUS,RSV等。
4 结 语
最小系统板是DSP系统的核心部件,对DSP系统的近一步开发起着重要作用,可根据不同DSP系统的设计要求进行扩展,具有良好的通用性。基于TMS320C6713设计的最小板方案,以电路板的方式运用于厂家生产中,对产品的开发提供了良好的平台,为进一步开发系统提供了基础。
参 考 文 献
［1］汪安民,程昱,徐保根.DSP嵌入式系统开发典型案例［M］.北京:人民邮电出版社,2007.
［2］张雄伟,陈亮,徐光勇.DSP芯片的原理与开发应用［M］.3版.北京:电子工业出版社,2003.
［3］TMS320C6713 Hardware Designer′s Resource Guide ［R］.Texas Instruments,2004.
［4］TMS320C6713 Data Sheet［R］.Texas Instruments,2005.
［5］祝贞凤,王旭.一种DSP外围电路的典型设计［J］.电子工程师,2007,33(4):3638.
［6］周文,和敬涵,毛志芳.TMS320VC33最小系统硬件设计［J］.电气时代,2005（6）:126127.
作者简介 宋 玥 男,1982年出生,硕士研究生。主要从事DSP控制系统设计的研究。
高伟强 男,1964年出生,副教授,硕士生导师。主要从事数控技术、参数化CAD/CAM技术、先进制造装备方面研究。
阎秋生 男,1962年出生,教授,博士生导师。