1 引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)成為數(shù)字化社會最重要的技術(shù)之一。由于數(shù)字信號處理器(DSP)速度快，穩(wěn)定性高，功耗小，近些年來在通信、圖像處理、自動控制等領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。其中，美國德州儀器的TMS320系列DSP占據(jù)了世界DSP 市場的主要份額，TI也因此成為了世界上最大的DSP制造商。本系統(tǒng)采用了TMS320C6722浮點型DSP芯片。

EMIF接口(External Memory Interface)是TMS320系列DSP上具有的一種高速接口，其設計初衷是實現(xiàn)DSP與不同類型的外部擴展存儲器(如 SDRAM，F(xiàn)LASH等)之間的高速連接。在當前的一些應用中，為了更充分的應用DSP的運算能力，擴展其引腳資源，工程師們常用EMIF接口連接FPGA，再通過FPGA與多種外部設備相連。這樣，F(xiàn)PGA成為了一個中轉(zhuǎn)站，各種數(shù)字芯片的數(shù)據(jù)都可以通過FPGA傳輸至DSP.對于更加復雜的系統(tǒng)，當一塊FPGA芯片的引腳資源都被用盡時，可以在DSP 的EMIF接口上連接多塊FPGA芯片，再將功能各異的芯片連接至FPGA。這樣，DSP芯片僅通過EMIF接口就能實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的控制。

2 基于EMIF接口的DSP+FPGA系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

DSP芯片通過EMIF接口連接了2 片F(xiàn)PGA，其中EP2C8F256I8 主要負責DSP核心處理所需數(shù)據(jù)的交換，連接了FLASH 芯片，SDRAM芯片，A/D 芯片。另一塊FPGA 芯片EP2C8F144I8 負責與外部通信，連接了USB 接口芯片，I2C通信芯片和CAN總線通信芯片。

TMS320C6722 型DSP的EMIF接口設計初衷是與外部擴展存儲器連接，EMIF接口有兩種工作方式：SDRAM工作模式與異步工作模式。SDRAM工作模式是專為 SDRAM設計的同步工作模式，EMIF接口能自動給SDRAM進行刷新;異步工作模式是與SRAM、FLASH等異步器件工作時采用的模式。

DSP與多片F(xiàn)PGA連接時，TMS320C6722型DSP的EMIF接口有14根地址線，與不同F(xiàn)PGA進行通信時，要使用不同的地址。

2.2.1 異步讀操作

DSP發(fā)出對FPGA的讀申請時，就會進行異步讀操作。當讀操作不能在外部器件的一個訪問周期內(nèi)完成時，EMIF就會進行多個周期的操作，直到完成整個申請。

一個EMIF讀操作分為建立時間、觸發(fā)時間和保持時間三部分。在建立時間開始時，EM_CS[2]片選信號拉低，同時地址線EM_A與EM_BA給出所讀取數(shù)據(jù)的地址。觸發(fā)時間開始時，EM_OE信號拉低，同時FPGA在EM_D信號線上傳輸數(shù)據(jù)，DSP將在觸發(fā)時間的最后一個時鐘處對數(shù)據(jù)采樣。保持時間中EM_OE 信號將拉高，并在保持時間結(jié)束后，EM_CS[2]信號拉高。在整個周期中EM_WE_DQM、EM_WE、EM_RW信號始終為高電平。

2.2.2 異步寫操作

DSP發(fā)出對FPGA的寫申請時，就會進行異步寫操作。當寫操作不能在外部器件的一個訪問周期內(nèi)完成時，EMIF就會進行多個周期的操作，直到完成整個申請。

類似于讀操作，EMIF 寫操作分為建立時間、觸發(fā)時間和保持時間三部分。在建立時間開始時，EM_CS[2]片選信號拉低，EM_RW信號拉低，同時地址線EM_A與EM_BA給出所讀取數(shù)據(jù)的地址，數(shù)據(jù)線EM_D 給出需要寫入FPGA的數(shù)據(jù)。觸發(fā)時間開始時，EM_WE信號拉低，EM_WE_DMQ信號給出字節(jié)使能信號。保持時間開始時EM_WE_DMQ信號與 EM_WE信號拉高，并在保持時間結(jié)束后，EM_CS[2]信號與EM_RW信號拉高。在整個寫操作周期中EM_OE信號始終為高電平。

DSP 通過配置EMIF 接口的寄存器來實現(xiàn)上述時序，F(xiàn)PGA可采用IP 核來實現(xiàn)EMIF協(xié)議，不同的FPGA芯片要采用不同的地址。

3 系統(tǒng)BOOT方法

TMS320C6722 型DSP的內(nèi)部沒有可寫的ROM，DSP的程序必須存放在外部器件中，DSP芯片上電后必須首先從外部芯片下載程序。本款DSP可以通過SPI總線啟動、通過I2C總線啟動和通過EMIF接口啟動。這幾種Boot方式和對應的引腳配置如表1所示，在本系統(tǒng)中，EMIF接口除了實現(xiàn)通常的數(shù)據(jù)交換，還兼任帶動DSP啟動的功能。

系統(tǒng)上電后，DSP的RESET引腳要通過下拉電阻拉低，使DSP 處于復位態(tài)。FPGA芯片EP2C8F256I8上電后從FPGA 配置芯片EPCS4中下載程序啟動。FPGA啟動成功后將DSP芯片的SPI0SOMI引腳與SPI0CLK引腳拉低，將SPI0SIMO引腳拉高，然后再將RESET引腳拉高。這樣配置是為了使DSP退出復位態(tài)時能根據(jù)上述3個引腳的電平獲知DSP芯片將通過EMIF接口啟動。此后，DSP芯片將從EMIF接口讀取1KB數(shù)據(jù)，并將這1KB數(shù)據(jù)存放于DSP的RAM中，再執(zhí)行這1KB的程序。

上述過程稱為DSP的第一次啟動過程。這1KB的程序是由匯編語言編寫并通過CCStudio 軟件編譯成機器語言，存放于FPGA中(通過mif 文件編譯進FPGA的程序)。該1KB程序的功能是再次調(diào)用EMIF 接口，操作FPGA，使得FPGA 通過IP 核從FLASH芯片中將其余的程序(本系統(tǒng)的程序約為32K)拷入DSP的RAM 中并執(zhí)行這些新拷入的程序。這是DSP 的第二次啟動。第一次啟動是硬件啟動，是TMS320C6722 型DSP已經(jīng)設定好的啟動方式，第二次啟動是軟件啟動，所執(zhí)行的啟動程序由用戶編寫。

綜上，本文介紹了DSP芯片通過EMIF接口連接FPGA的硬件電路與時序，根據(jù)本文介紹的方法，DSP芯片通過FPGA能控制大量外部芯片工作，僅使用DSP的EMIF接口就能實現(xiàn)DSP啟動和控制復雜系統(tǒng)工作的功能，大大擴展了DSP芯片的靈活性，使其強大的運算功能得以更好的發(fā)揮。