基于DSP E1－16XS的硬件开发平台设计（1） 开发平台, 处理器, 硬件, 品种

我是MT

引言
嵌入式系统硬件的核心是各种类型的嵌入式处理器，目前全世界嵌入式处理器的品种已经超过1000多种，流行体系结构有30多个系列，嵌入式处理器一般可以分为嵌入式微处理器、嵌入式微控制器、嵌入式DSP处理器和嵌入式片上系统。
与标准微处理器相比，嵌入式微处理器只保留了和嵌入式应用有关的功能，并且为了满足嵌入式应用的特殊要求，在工作温度、抗电磁干扰、可靠性等方面都做了各种增强。
DSP 嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统，这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征，在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特的优势的DSP，也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU);因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的一种新潮流。德国Hyperstone公司是真正把DSP成功嵌入32位微处理器的厂商之一，尤其是它的E1-XS系列更是这方面的佼佼者。
1 E1-16XS微处理器结构概述
Hyperstone RISC/DSP架构框图如图1所示，Hyperstone内核是专为RISC和DSP功能的集成而设计的，但它不是两个不同内核在单个芯片上的简单组合，而是一个集成的内核和指令集。这一全集成的内核基于单处理器模式，带有单指令流。RISC和DSP单元间简单且高效的通信由1个96路的32位内部存储器实现，每个时钟周期内可以执行3条指令的操作，所以在100MHz的频率下可以达到300 MOPS这样优秀的性能。

Hyperstone E1-16XS是一款0.25μm CMOS工艺的微处理器，它结合了高性能的RISC微处理器和DSP处理器，利用简洁高效的指令，使嵌入式DSP处理器的实时性得以充分的发挥。 该处理器主要具有如下的特点：
1、32位RISC/DSP处理器ALU、DSP单元和Load/Store单元并行处理，内部集成硬件乘法器。
2、16根数据线，22根地址线，4个外部存储体(Memory Bank)选择信号。
3、4GB内存地址空间，I/O空间和存储空间分开寻址，存储器和DSP连接无需附加逻辑电路。
4、片内集成16KB RAM和片上指令高速缓存。
5、具有全面的DRAM和DMA控制器，所有的总线时序可编程。
6、片上PLL、CPU总高频率可达到180MHz。
7、中断服务程序可在7个时钟周期内启动。除内部中断外，还有7个外部中断可用。
8、3个可编程I/O引脚除了可配置成输入输出外，还可以配置成外部中断输入使用。
9、32位定时器和看门狗定时器，用户可利用hyRTK内核访问154个独立的"虚拟"定时器，仅需很少的处理开销。
2 嵌入式系统硬件设计
2.1 系统硬件结构
系统硬件结构如图2所示。

电源电路：输入5V，经过DC-DC变换，分别给微处理器提供2.5V和3.3V的电压。
晶振电路：16MHz有源晶体振荡器经过倍频，分别为Hyperstone内核/系统提供128/64MHz的时钟频率。
复位电路：可选用简单的RC复位电路，考虑到系统复位的可靠性和掉电监控，建议使用专门的复位IC，例如MAX706。
微处理器：即E1-16XS，是系统的工作和控制中心。
Flash：可存放Boot监控程序、嵌入式操作系统、用户应用程序或其他在系统掉电后需要保存的数据。
SDRAM：系统代码运行和数据变量存储的空间。
JTAG接口：通过该接口可对系统进行在线调试和程序下载。
I/O扩展接口：引出数据总线、地址总线和必需的I/O控制总线，便于用户根据自身的特定需求，扩展外围电路;DSP可以通过该扩展总线对其他板卡进行控制，或者其他板卡可以通过该接口对开发板进行操作。
2.2 系统主要硬件单元电路设计
不同的DSP处理器在与DRAM、Flash连接时通常会有些差异，所以下面着重分析存储器接口电路的工作原理和设计方法。
(1)Flash接口电路
由于Flash存储器具有低功耗、大容量，可整片或分扇区快速烧写、擦除、掉电后信息不丢失等特点，在各种嵌入式系统中得到广泛应用。
本系统中，Flash存储器采用Hynix的HY29LV160。他是16位数据宽度，存储容量为16Mb(2MB)，可以在2.7-3.6V电压范围内进行读、编程(烧写)和擦除操作。
在大多数系统中，选用1片16位的Flash存储器芯片(单片容量有1MB、2MB、4MB、8MB等)构建16位的Flash存储系统已经足够。在此采用 1片HY29LV160构建16位的Flash存储器系统，图3为16位模式Flash与处理器E1-16XS的基本接法。

Flash存储器在系统中通常用于存放程序代码，系统上电或复位后从此获取指令并开始执行。因此，应将存有程序代码的Flash存储器配置到 Bank3，即将E1-16XS的CS3接至HY29LV160的片选端CE。输出使能端OE接E1-16XS的OE;写使能端WE接E1-16XS的 WE1，模式选择BYTE上拉，使HY29LV160工作在16位数据模式。RY/BY(就绪/忙)指示HY29LV160编程或擦除操作的工作状态。
HY29LV160地址总线A[19-0]与E1-16XS的地址总线A[20-1]相连;16位数据总线D[15-0]与E1-16XS的16位数据总线D[15-0相连，此时应将E1-16XS的BOOTB置为0，即选择外部Flash为16位工作方式。
(2)DRAM接口电路
与Flash存储器相比较，动态随机存储器DRAM虽然不具有掉电保持数据的特性，但其存取速度大大高于Flash存储器，在系统中主要用作程序的运行空间。
E1-16XS 内部的DRAM控制器支持DRAM的各种形式，例如Fast-Page Mode、EDO和SDRAM，都可以直接和处理器无缝连接。存储器存取的总线时序刷新控制等可由总线控制寄存器(BCR)设定，这里以目前嵌入式系统设计中常用的SDRAM说明电路的具体连接。
系统中SDRAM选用IS42S16100-7T。它的存储容量为 2Banks×512K×16位(2MB)，工作电压为(3.3±0.3)V，16位数据宽度，如果用户需要运行嵌入式操作系统以及各种相对较复杂的功能，可以考虑增加SDRAM的容量，E1-16XS最大支持128MB。
图4为IS42S16100-7T SDRAM存储器和E1-16XS的连接框图，将该SDRAM配置到系统存储器的Bank0，即将E1-16XS的DP0(SDRAM选择信号)接至 IS42S16100的CS端，表1可以清晰地反应出E1-16XS和IS42S16100的连接情况。