gajer.qxd

W artykule opisano nowe

rozwi¹zania firmy Texas

Instruments w dziedzinie

mikroprocesorów

i mikrokontrolerów.

Mikrokontrolery o bardzo

ma³ym poborze mocy typu

MSP430F13/14x

Wprowadzenie na rynek przez firmê Texas

Instruments procesora typu MSP430F133IPM

stanowi now¹ jakoæ pod wzglêdem sto-

sunku ceny do mocy obliczeniowej, w dzie-

dzinie mikrokontrolerów, wyposa¿onych

w system akwizycji danych. Rodzina mikro-

kontrolerów MSP430F13x/14x sk³ada siê

obecnie z piêciu uk³adów i w ka¿dym z nich

zosta³ zaimplementowany ten sam typ szyb-

kiego 12-bitowego przetwornika analogo-

wo-cyfrowego. Liczba przetworzeñ tego

przetwornika wynosi 200 tysiêcy próbek sy-

gna³u na sekundê. Przetwornik zosta³ wypo-

sa¿ony w osiem zewnêtrznych kana³ów

analogowych, czujnik temperatury wewnê-

trznej, uk³ad detekcji zbyt ma³ego napiêcia

zasilania, dwa wbudowane w uk³ad scalo-

ny (on-chip) ród³a napiêæ odniesienia, uk³ad

próbkuj¹co-pamiêtaj¹cy (sample-and-hold)

oraz bufor pamiêci o pojemnoci 16 s³ów 12-

bitowych, z mo¿liwoci¹ programowania

trybów jego pracy. Szczególnie wyposa¿e-

nie przetwornika analogowo-cyfrowego

w bufor pamiêci, umo¿liwia aplikacjom DSP

automatyczne zapisywanie w nim rezultatów

przetwarzania analogowo-cyfrowego, co

zwalnia jednostkê centraln¹ od konieczno-

ci ka¿dorazowego wydawania rozkazów

rozpoczêcia konwersji. Funkcja taka jest

nazywana auto-scan. Ponadto mikrokon-

trolery MSP430F13x/14x wyposa¿one s¹

tak¿e w system nadzorczy typu watchdog,

dwa 16-bitowe liczniki impulsów (timers),

komparator, pracuj¹cy w trybie synchro-

nicznym i asynchroniczny port szeregowy ty-

pu full-duplex. Mikrokontrolery s¹ umie-

szczone w obudowie o 64 wyprowadze-

niach. Aby rozwa¿ane mikrokontrolery mo-

g³y wspó³pracowaæ równie¿ z aplikacjami za-

PRZEGL¥D MIKROPROCESORÓW

i MIKROKONTROLERÓW

FIRMY TEXAS INSTRUMENTS

(1)

PODZESPO£Y

uk³adu mikrokontrolera MSP430F133, a na

rys. 2 _ schemat blokowy 12-bitowego prze-

twornika analogowo-cyfrowego wbudowane-

go w uk³ad MSP430F133.

Do typowych obszarów zastosowañ mikro-

kontrolerów typu MSP430F13x/14x mo¿na

zaliczyæ:

elektroniczne liczniki mediów: gazu, wo-

dy i energii elektrycznej

przyrz¹dy pomiarowe

przenone urz¹dzenia medyczne

aparaturê medyczn¹

systemy alarmowe i systemy bezpie-

czeñstwa (security systems).

Procesory DSP o wysokiej

mocy obliczeniowej

Niedawno firma Texas Instrument wprowa-

dzi³a na rynek trzy procesory DSP, s¹ to

odpowiednio TMS320C6414, C6415

i C6416, których moc obliczeniowa prze-

kracza dziesiêciokrotnie moc obliczeniow¹

najszybszych procesorów DSP dostêpnych

obecnie na rynku. Je¿eli wemie siê pod

uwagê aplikacje zwi¹zane z obróbk¹ obra-

zów cyfrowych, to czynnik ten jest jeszcze

wiêkszy, gdy¿ moc obliczeniowa wy¿ej wy-

mienionych urz¹dzeñ jest ponad piêtnasto-

krotnie wiêksza ni¿ dotychczas produko-

silanymi bateryjnie, wyposa¿ono je w 8 kB

pamiêci typu flash o bardzo ma³ym poborze

mocy. Uk³ady te zasilane s¹ napiêciem

2,2 V, przy czym ich pobór pr¹du w stanie

aktywnym wynosi 250

A/MIPS, natomiast

w stanie oczekiwania (standby) pobór pr¹-

du spada poni¿ej 1

Mikrokontrolery MSP430F13x/14x mog¹

byæ zasilane napiêciem mieszcz¹cym siê

w zakresie 1,8

3,6 V, przy czym ich moc

obliczeniowa wynosi 8 MIPS (milionów in-

strukcji wykonywanych na sekundê). Pa-

miêæ typu flash podzielona jest na 128- lub

512-bajtowe segmenty i mo¿e byæ progra-

mowana zarówno zewnêtrznie, jak i przez

sam¹ jednostkê centraln¹ mikrokontrolera.

Projektowanie aplikacji wykorzystuj¹cych mi-

krokontrolery MSP430F13x/14x wspierane

jest przez zestaw uruchomieniowy typu MSP-

FET430P140, w którego sk³ad wchodzi de-

bugger na poziomie kodu ród³owego, symula-

tor programowy uk³adów MSP430F13x/14x,

kompilator jêzyka C o ograniczonym zakresie,

modu³ z systemem uruchomieniowym wspó³-

pracuj¹cy z komputerem PC za porednic-

twem portu równoleg³ego z dwiema jednost-

kami MSP430F13x/14x, interfejs JTAG oraz

jednostka programuj¹ca pamiêæ mikrokon-

trolerów.

Na rys. 1 przedstawiono schemat blokowy

ITP

Komp-A

12-bit

a/c

UKP

Rys. 1. Schemat blokowy mikrokontrolera jednouk³adowego typu MSP430F133

ZS _ zegar systemowy, UKP _ uk³ad kontroli portów komunikacyjnych, ITP _ interfejs portu testowego typu JTAG

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 8/2001

wanych tego typu urz¹dzeñ. Ponadto proce-

sory TMS320C6414, C6415 i C6416 cha-

rakteryzuj¹ siê najni¿szym w swojej klasie

stopniem zu¿ycia energii elektrycznej, o po-

nad jedna trzeci¹ ni¿szym ni¿ w przypadku

produktów konkurencyjnych. Równie¿ gê-

stoæ upakowania elementów jest w przy-

padku tych procesorów najwiêksza. Czêsto-

tliwoæ taktowania tych procesorów zosta-

³a zwiêkszona do 600 MHz, a procesor sta-

nowi szczytowe osi¹gniêcie w dziedzinie

szybkoci cyfrowego przetwarzania sygna-

³ów.

Procesor TMS320C6416 ma wbudowany

tzw. turbo koprocesor (turbo coprocessor)

oraz tzw. koprocesor Viterbiego (Viterbi co-

processor), a tak¿e interfejs z magistral¹

PCI oraz interfejs typu Utopia II obs³uguj¹-

cy komunikacjê I/O. Takie wyposa¿enie pro-

cesora TMS320C6416 sprawia, ¿e nadaje

siê on szczególnie do zastosowañ w sta-

cjach bazowych telefonii komórkowej.

Z kolei procesor TMS320C6415, przezna-

czony do zastosowañ w systemach szeroko-

pasmowych sieci teleinformatycznych, ma

wbudowane interfejsy PCI oraz Utopia II,

natomiast pozbawiony jest koprocesorów.

Natomiast procesor TMS320C6414 stanowi

tañsz¹ wersjê wy¿ej wymienionych urz¹-

dzeñ i mo¿e byæ wykorzystywany w celu

uzyskania wysokiej mocy obliczeniowej we

wszystkich aplikacjach nie wymagaj¹cych

wy¿ej wymienionych interfejsów i koproceso-

rów, których procesor ten zosta³ pozbawiony.

We wszystkich typach wymienionych proce-

sorów DSP zastosowano nowoczesne roz-

wi¹zanie polegaj¹ce na zastosowaniu tzw.

bardzo d³ugich s³ów kodu instrukcji VLIW

(Very Large Instruction Word). Rozwi¹zanie

to pozwala na osi¹gniêcie przez jednostkê

centraln¹ procesora potê¿nej mocy obli-

czeniowej, dziêki równoczesnemu stero-

waniu prac¹ omiu ró¿nych bloków funkcjo-

nalnych. Wród wy¿ej wymienionych bloków

funkcjonalnych mo¿na wyró¿niæ a¿ cztery

niezale¿ne jednostki mno¿¹ce, których za-

daniem jest maksymalne przypieszenie

przez zrównoleglenie algorytmów zwi¹za-

nych z cyfrow¹ obróbk¹ sygna³ów i obrazów.

Aby bardzo szybka jednostka obliczenio-

wa mog³a byæ na bie¿¹co zaopatrywana

w konieczne do wykonania obliczeñ dane,

procesory TMS320C6414, C6415 i C6416

wyposa¿ono w dwupoziomow¹ pamiêæ

podrêczn¹ (two-level cache memory) o ³¹cz-

nej pojemnoci 1056 kB. Aby pamiêæ

podrêczna tak du¿ych rozmiarów mog³a

wspó³pracowaæ z pamiêci¹ systemow¹, za-

stosowano 32-kana³owy tzw. wzbogacony

system bezporedniego dostêpu do pamiê-

ci EDMA (Enhanced Direct Memory Ac-

cess). Zastosowanie takiego uk³adu po-

zwala na zwiêkszenie przepustowoci stru-

mienia danych do 2 GB na sekundê.

Miros³aw Gajer

Artyku³ opracowano na podstawie:

Texas Instruments: Technology Innovations _ Analog

Edition, April 2001, Volume 8

UK _ Uk³ad konwersji czêstotliwoci

sygna³u zegarowego
UC _ Uk³ad czasomierza

steruj¹cego uk³adem próbkuj¹cym
UP _ Uk³ad próbkuj¹co-pamiêtaj¹cy
SAR _ rejestr kolejnych przybli¿eñ

Generator

REF

1,5 lub

2,5 V

12 x 16-bit

bufor pamiêciowy

Rys. 2. Schemat blokowy przetwornika analogowo-cyfrowego wchodz¹cego w sk³ad uk³adu MSP430F133

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 8/2001

Dla potrzeb akwizycji danych w procesorach

TMS320C6414, C6415 i C6416 zastoso-

wano nastêpuj¹ce interfejsy:

* McBSP 0, McBSP 1 i McBSP 2 - interfej-

sy przeznaczone dla sygna³ów audio, zgod-

ny ze standardami: wielokana³owym

I2S oraz AC97

* EMIF 64 - kolejka FIFO s³u¿¹ca do po³¹-

czenia z pamiêci¹ zewnêtrzn¹

* EMIF 16 - dedykowana magistrala I/O

* PCI - interfejs z magistrali PCI o przepusto-

woci 133 MB na sekundê

Do typowych obszarów zastosowañ wy¿ej

wymienionych procesorów zalicza siê syste-

my telekomunikacyjne i teleinformatyczne,

a zw³aszcza stacje bazowe telefonii komór-

kowej, cyfrowe linie abonenckie (digital sub-

scriber line). Procesory te znajduj¹ równie¿

powszechne zastosowanie w wielu profesjo-

nalnych aplikacjach zwi¹zanych z cyfro-

wym przetwarzaniem obrazów, miêdzy inny-

mi w medycynie, nawigacji lotniczej, wojsko-

woci oraz w badaniach naukowych. Sche-

mat blokowy procesora TMS320C6415 zo-

sta³ zamieszczony na rys. 3.

Procesory DSP o zmniejszonym poborze

mocy

Nowy produkt firmy Texas Instruments typu

TMS320C5401 jest sta³oprzecinkowym pro-

cesorem DSP o mocy obliczeniowej 50

MIPS. Procesor ten zawiera wbudowan¹

pamiêæ o pojemnoci 8k s³ów oraz rozbudo-

wany zestaw bloków funkcjonalnych s³u-

¿¹cych do obs³ugi urz¹dzeñ peryferyjnych.

Zwrócenia uwagi wymaga szczególnie ma-

³e zapotrzebowanie procesora

TMS320C5401 na energie elektryczn¹,

które wynosi zaledwie 40 mW.

Procesor TMS320C5401 ma jedn¹ magi-

stralê s³u¿¹ca do pobierania z zewnêtrznej

pamiêci kodów rozkazów oraz trzy magistra-

le s³u¿¹ce do przesy³u danych. Wysoce

wyspecjalizowany zbiór instrukcji stanowi

podstawê elastycznego programowania te-

go procesora oraz jego du¿ej szybkoci

dzia³ania. Poniewa¿ kod programu i dane

umieszczone zosta³y w pamiêciach o roz-

³¹cznych przestrzeniach adresowych, mo¿-

liwe jest dokonywanie jednoczesnych dostê-

pów zarówno do danych, jak i do kodu pro-

gramu. Wprowadzenie takiej równoleg³o-

ci w dzia³aniu procesora TMS320C5401

decyduje o jego du¿ej szybkoci dzia³ania.

Ponadto procesor ten ma wbudowane me-

chanizmy kontrolne, które umo¿liwiaj¹ zarz¹-

dzanie przerwaniami, pêtlami programowy-

mi oraz wywo³aniami funkcji programowych.

Wbudowana w uk³ad scalony procesora

TMS320C5401 pamiêæ sk³ada siê z 8k s³ów

16-bitowej pamiêci RAM o tzw. podwójnym

dostêpie (dual-access). Pamiêæ taka ozna-

czana jest skrótem DARAM (Dual-Access

RAM) i jej cech¹ charakterystyczn¹ jest

umo¿liwienie jednoczesnego wykonania

podczas trwania jednego cyklu zegarowe-

go dwóch operacji odczytu lub jednej ope-

racji odczytu i zapisu.

Procesor TMS320C5401 zosta³ ponadto

wyposa¿ony w pamiêæ ROM o rozmiarze

4k s³ów 16-bitowych. W pamiêci tej zawar-

DMA

MAC ALU

Shifter Accumulators

Addressing unit

Ch 0

Ch 1

Ch 2

17 x 17 MPY

Ch 3

Ch 4

Ch 5

TELEKOMU

NIKCJA

Rys. 3. Schemat blokowy procesora TMS320C6415

Rys. 4. Schemat blokowy procesora TMS320C5401 (ze

wzglêdów technicznych opisy pozostawiono w jêzyku orygi-

na³u)

C:\Moje dokumenty\michal17\gaje-3.doc

C:\Moje dokumenty\michal17\podp.doc

ty jest tzw. program ³aduj¹cy (bootloader),

który jest wykorzystywany w celu automa-

tycznego za³adowania programu u¿ytkow-

nika, pochodz¹cego z zewnêtrznego ród³a,

do dowolnego obszaru pamiêci, w chwili

uruchomienia systemu.

Procesor TMS320C5401 jest pod wzglê-

dem programowym zgodny ze wczeniej-

szym procesorem firmy Texas Instruments

TMS320C5402, który zaledwie w ci¹gu ro-

ku po uruchomieniu produkcji sta³ siê praw-

dziwie wiatowym przebojem - najbardziej

popularnym procesorem DSP, którego licz-

ba sprzedanych sztuk osi¹gnê³a poziom 3

milionów.

Tworzenie aplikacji przeznaczonych dla pro-

cesora TMS320C5401 wspomagane jest

ze strony pakietu eXpressDSPTM (Real-

Time Software Technology), w sk³ad które-

go wchodzi:

* J¹dro systemu operacyjnego DSP/BIO-

STM (Real-Time Kernel)

* Zespó³ procedur implementuj¹cych algo-

rytmy cyfrowego przetwarzania sygna³ów

TMS320TM (DSP Algorithm Standard)

* rodowisko rozwoju oprogramowania Co-

de Composer StudioTM (Integrated Deve-

lopment Environment)

Procesor TMS320C5401 umieszczono

w obudowie o 144 wyprowadzeniach. Jego

schemat blokowy zamieszczono na rys. 4.

Procesor TMS320C5401 ponadto zintegro-

wano z nastêpuj¹cymi uk³adami peryferyj-

nymi, które zosta³y wbudowane w jego uk³ad

scalony:

* Programowalny z poziomu kodu programu

generator stanów oczekiwania (wait-state

generator), który umo¿liwia wstawienie do-

wolnej liczby stanów oczekiwania podczas

przeprowadzania operacji prze³¹czania ban-

ków pamiêci

* 8-bitowy interfejs komputera nadrzêdnego

HPI (Host-Port Interface) o rozszerzonych

mo¿liwociach

* Dwa wielokana³owe, buforowane porty

szeregowe McBSP (Multichannel Buffered

Serial Ports)

* Dwa sprzêtowe timery

* Generator przebiegu taktuj¹cego oparty na

pêtli synchronizacji fazowej PLL (Phase-

Lock Loop)

* Kontroler bezporedniego dostêpu do pa-

miêci DMA (Direct Memory Access)

Bardziej szczegó³owe informacje na temat

mikrokontrolerów z

rodziny

MSP430F13x/14x oraz omówionych pro-

cesorów DSP typu TMS320C6414, C6415,

C6416 oraz TMS320C5401 mo¿na znaleæ

na stronie internetowej firmy Texas Instru-

ments pod adresem http:// www.ti.com/sc/te-

chinnovations8

Miros³aw Gajer

Artyku³ opracowano na podstawie:

Texas Instruments: Technology Innovations

- Analog Edition, April 2001, Volume 8

Stereo

7.1 Audio

Wejcie

sygna³u

wizyjnego

Wyprowadzenie

sygna³u

wizyjnego

Uk³ad kontroli zasilania

i poboru mocy mikroprocesora

Uk³ad akwizycji danych

SPDIF