ADSP-BF533最小系统设的计和实现

 

　　1引言

　　ADSP-BF533处理器是AD公司生产的Blackfin系列数字信号处理器产品的成员。基于ADSP-BF533的系统实现了DSP的基本功能，在科研、教学和工程等领域有着广泛的应用。主要介绍了基于ADSP-BF533的系统硬件电路设计方案，包括电源电路、时钟电路、复位电路、存储器扩展电路和JTAG接口电路，并阐述了在电路设计过程中需要注意的事项，为DSP技术的应用提供了一个良好的平台。

　　ADSP BF533 是ADI 公司推出的嵌入式多媒体处理器，拥有运算频率高达750 MHz 的DSP 内核；采用ADI公司与Intel 公司共同开发的MSA 体系结构[（微信号结构） ,这种结构采用了一个综合的信号处理和控制指令集。这样处理器就不仅是带有增强指令集的DSP ,也不仅是带有2 个算术逻辑单元的MCU ,而是为同时运行控制指令和算术指令而进行优化的处理器结构,集DSP 和MCU功能于一身，从而消除了传统的多个不同处理器之间联系的复杂性。ADSP BF533 处理器具有以下特点：

　　①处理器支持与分级存储结构相结合的改进型哈佛结构，时钟频率为600 MHz , 峰值处理能力为1. 2GMIPS。通过对工作频率及电压的动态调节可实现极低的功耗。动态电源管理完全是由软件实时控制的，可以在运行时随时改变内核电源，以降低功耗，效果非常明显。

　　②ADSP BF533 DSP 内核包括2 个40 位的算术逻辑单元（ALU） 、2 个乘法器累加器（MAC） 、4 个视频ALU和1 个移位器。ADSP BF533 的硬件结构具有很高的并行性和运算能力，可以进行双16 位数的加减、交叉和移位运算，在设计中可以提高运算速度，并使复数运算大大简化。

　　③处理器的指令集包含了大量的运算指令，可以快速执行固定点和小数运算，如乘加器和MAC shift 指令等。

　　④处理器可以实现零开销硬件循环，其效率比通过条件分支返回循环起点的方式高得多。

　　⑤处理器将成组的寄存器与函数单元相关联，从而加快了运行速度、降低了功耗。例如，Blackfin 处理器既有运算寄存器或d2reg 寄存器，又有地址寄存器或preg 寄存器。

　　⑥DMA 数据的重排功能可以优化图像数据在内存中的存储，这不仅可以提高内部存储空间的利用效率，也可以提高数据的传输效率。虽然图像数据的传输也可由软件实现，但会消耗大量的CPU 时钟周期，从而使DSP的高速性能难以发挥，而由DMA 来完成同样的工作却不占用CPU 的时钟周期。

　　2系统总体设计

　　系统是由保证处理器可靠工作所必须的基本电路组成的，主要包括电源电路、时钟电路、复位电路、SDRAM、FLASH存储器和JTAG接口电路组成，其硬件框图如图1所示。

 

 

　　2.1 电源电路

　　BF-533外部IO供电电压为3.3 V，内核供电电压为1.2 V。因此，系统采用双电源输出方案，采用TPS73HD301作为电源芯片，典型输入电压为+5 V，输出电压为+3.3 V和+1.2 V，每个输出可提供750 mA的电流。TPS73HD301具有电压监控功能，以保证被供电芯片在一个恒压下正常工作。他为每一路电压输出提供一个复位输出口，当他检测到输出的电压为欠压状态时，与那个输出电压相对应的RESET管脚将输出一个低电平，以启动系统复位。其电路如图2所示。

 

 

　　2.2 时钟电路

　　BF-533可以使用外部时钟，也可以使用内部振荡电路。当使用外部时钟时，应将此外部时钟连接到DSP的CLKIN引脚，且XTAL引脚悬空。本系统采用的是内部振荡电路外接晶振的方式，晶振连接到CLKIN和XTAL之间，并与两个电容相连，如图3所示。

　　2.3 复位电路

　　手动复位是系统常用的功能，本系统采用专用复位芯片IMP811实现手动复位，如图3所示。

 

 

　　2.4 JTAG接口电路

　　BF-533提供了一个1EEE 11 49.1 JTAG测试访问端口。通过此端口，仿真器能够访问DSP的内部，允许开发者装载代码，设置断点，观察变量和寄存器。本系统采用14针接口的标准，如图4所示。

 

　　2.5 SDRAM

　　SDRAM（同步动态随机存储器）具有随机读写速度快，写入数据之前不需要进行擦除的特点，在嵌入式系统中成为不可缺少的存储设备之一。本系统采用HY57V561620，其容量为32 MB，频率为133 MHz。ADSP-BF533支持与SDRAM的无缝连接，SDRAM的地址映射为OX00000000～OX080000000，其连接方法如图5所示。

 

　　对于SDRAM可以采用以下程序进行测试：

　　该程序将0x2000000个数写入SDRAM，在Visual DSP++的BLACKFIN Memory窗口可以观察到SDRAM的数据写入情况，以验证写入是否正确。

　　2.6 FLASH存储器

　　ADSP-BF533具有3种引导模式，如表1所示。当上电复位或者软件初始化复位后，处理器采样复位配置寄存器BMODE引脚，执行引导功能。无论采取何种引导模式，都要从外部存储器设备首先读取一个10个字节的头。这个头指定将被传输的字节数量和存储器的目的地址。多存储器模块可被任何引导次序装载，一但所有模块被装载，程序从L1指令SRAM的起始部分开始执行指令。

 

　　本系统采用NOR FLASH作为引导代码存储器，选用容量为1 MB的AM29LV800D，将其接在BF-533异步存储空间的BANK0上，其地址范围为0x20000000～0x20100000，电路如图6所示。

 

 

　　3系统设计注意事项

　　（1）对于没有用到的DSP引脚，应将其拉高、拉低，或者定义成输出端，例如如果nBR，ARDY引脚不用时应拉高，RTXI，NMI引脚不用时应拉低。

　　（2）在电路板设计中，应在电源和地之间合理分布去耦电容，以滤除噪声，提高系统的稳定性。

　　（3）尽量缩短高频信号的走线，时钟和负载的连线尽量短而粗，并且晶振下面不要走线。

　　4 结 语

　　系统可以直接作为部件应用与工程和科研中，具有良好的通用性和可扩展性。在系统的基础上，可以很方便地进行二次开发和功能扩展，能够缩短开发周期，降低开发成本。本文实现了系统的基本功能，介绍了各模块的硬件电路，为DSP应用技术的研究提供了一个良好的平台。