ADSP-218xN系列DSP微計(jì)算機(jī)：高性能與靈活性的完美結(jié)合

在數(shù)字信號(hào)處理（DSP）領(lǐng)域，ADSP-218xN系列DSP微計(jì)算機(jī)憑借其卓越的性能和豐富的功能，成為眾多工程師的首選。今天，我們就來深入了解一下這款強(qiáng)大的處理器。

文件下載：ADSP-2185N.pdf

一、產(chǎn)品概述

二、性能特點(diǎn)

（一）高速運(yùn)算

ADSP - 218xN系列采用高速、低功耗的0.18μm CMOS工藝，在1.8V（內(nèi)部）下指令周期時(shí)間為12.5ns，可持續(xù)實(shí)現(xiàn)80MIPS的性能。每條指令都能在單個(gè)處理器周期內(nèi)執(zhí)行，還支持單周期上下文切換，大大提高了運(yùn)算效率。

（二）多總線架構(gòu)

其3總線架構(gòu)允許在每個(gè)指令周期內(nèi)進(jìn)行雙操作數(shù)提取，配合多功能指令，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)操作的并行執(zhí)行。例如，在一個(gè)處理器周期內(nèi)，它可以生成下一個(gè)程序地址、提取下一條指令、執(zhí)行一到兩次數(shù)據(jù)移動(dòng)、更新一到兩個(gè)數(shù)據(jù)地址指針以及執(zhí)行計(jì)算操作。

（三）低功耗設(shè)計(jì)

該系列具備三種低功耗模式：掉電模式、空閑模式和慢速空閑模式。掉電模式下，處理器可進(jìn)入極低功耗的休眠狀態(tài)，僅需200個(gè)CLKIN周期即可快速恢復(fù)執(zhí)行指令?？臻e模式下，處理器在低功耗狀態(tài)下等待中斷，而慢速空閑模式則通過減慢內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)一步降低功耗。

三、架構(gòu)概述

（一）計(jì)算單元

處理器包含三個(gè)獨(dú)立的計(jì)算單元：ALU、乘法器/累加器（MAC）和移位器。這些單元直接處理16位數(shù)據(jù)，并支持多精度計(jì)算。ALU可執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的算術(shù)和邏輯運(yùn)算，還支持除法原語；MAC可在單周期內(nèi)完成乘法、乘加和乘減操作，并具有40位的累加功能；移位器可執(zhí)行邏輯和算術(shù)移位、歸一化、反歸一化和求指數(shù)操作。

（二）總線結(jié)構(gòu)

內(nèi)部有五條總線用于高效的數(shù)據(jù)傳輸，包括程序內(nèi)存地址（PMA）總線、程序內(nèi)存數(shù)據(jù)（PMD）總線、數(shù)據(jù)內(nèi)存地址（DMA）總線、數(shù)據(jù)內(nèi)存數(shù)據(jù)（DMD）總線和結(jié)果（R）總線。兩個(gè)地址總線（PMA和DMA）共享一個(gè)外部地址總線，兩個(gè)數(shù)據(jù)總線（PMD和DMD）共享一個(gè)外部數(shù)據(jù)總線，便于內(nèi)存擴(kuò)展。

（三）程序和數(shù)據(jù)地址生成

強(qiáng)大的程序序列器和兩個(gè)專用的數(shù)據(jù)地址生成器確保操作數(shù)能高效地傳遞到計(jì)算單元。程序序列器支持單周期的條件跳轉(zhuǎn)、子程序調(diào)用和返回，配合內(nèi)部循環(huán)計(jì)數(shù)器和循環(huán)棧，可實(shí)現(xiàn)零開銷的循環(huán)代碼執(zhí)行。兩個(gè)數(shù)據(jù)地址生成器可同時(shí)進(jìn)行雙操作數(shù)提取，每個(gè)生成器維護(hù)和更新四個(gè)地址指針，并支持自動(dòng)模尋址。

四、系統(tǒng)接口

（一）靈活的I/O操作

ADSP - 218xN系列的I/O接口靈活，可在1.8V、2.5V或3.3V下工作，所有輸入能承受高達(dá)3.6V的電壓。它還提供16位內(nèi)部DMA端口、4M字節(jié)內(nèi)存接口和8位DMA到字節(jié)內(nèi)存接口，支持高速訪問片上內(nèi)存和數(shù)據(jù)傳輸。

（二）串行端口

該系列集成了兩個(gè)完整的同步串行端口（SPORT0和SPORT1），用于串行通信和多處理器通信。SPORT具有雙向通信、獨(dú)立的發(fā)送和接收緩沖區(qū)、可選的硬件壓擴(kuò)、多種數(shù)據(jù)字長(zhǎng)度支持以及中斷功能等特點(diǎn)。

（三）中斷和標(biāo)志

ADSP - 218xN系列可響應(yīng)十一個(gè)中斷，包括最多六個(gè)外部中斷和七個(gè)內(nèi)部中斷。中斷級(jí)別內(nèi)部?jī)?yōu)先級(jí)排序且可單獨(dú)屏蔽（掉電和復(fù)位除外）。此外，它還提供多達(dá)13個(gè)通用標(biāo)志引腳，用于靈活的系統(tǒng)信號(hào)傳輸。

五、內(nèi)存架構(gòu)

（一）程序內(nèi)存

程序內(nèi)存（全內(nèi)存模式）為24位寬，可存儲(chǔ)指令操作碼和數(shù)據(jù)。系列成員片上最多有48K字的程序內(nèi)存RAM，并可通過外部數(shù)據(jù)總線訪問兩個(gè)8K的外部?jī)?nèi)存覆蓋空間。在主機(jī)模式下，可訪問所有內(nèi)部?jī)?nèi)存，但外部覆蓋訪問受單個(gè)外部地址線（A0）限制。

（二）數(shù)據(jù)內(nèi)存

數(shù)據(jù)內(nèi)存（全內(nèi)存模式）為16位寬，用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)變量和內(nèi)存映射控制寄存器。系列成員片上最多有56K字的數(shù)據(jù)內(nèi)存RAM，部分空間由32個(gè)內(nèi)存映射寄存器使用，也支持通過外部數(shù)據(jù)總線訪問兩個(gè)8K的外部?jī)?nèi)存覆蓋空間。主機(jī)模式下，同樣可訪問所有內(nèi)部?jī)?nèi)存，但外部覆蓋訪問受限。

（三）內(nèi)存映射寄存器和I/O空間

ADSP - 218xN系列有三個(gè)獨(dú)特的內(nèi)存映射寄存器，提供等待狀態(tài)和BMS控制功能。此外，它還支持一個(gè)額外的外部?jī)?nèi)存空間——I/O空間，用于連接外設(shè)，支持2048個(gè)16位寬的數(shù)據(jù)位置。

（四）字節(jié)內(nèi)存和DMA

字節(jié)內(nèi)存空間是一個(gè)雙向的8位外部?jī)?nèi)存空間，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)，通過BDMA功能進(jìn)行訪問。BDMA控制器可在處理器正常運(yùn)行時(shí)加載和存儲(chǔ)程序指令和數(shù)據(jù)，每次傳輸僅占用一個(gè)DSP周期。

（五）內(nèi)部?jī)?nèi)存DMA端口（IDMA端口）

IDMA端口為主機(jī)系統(tǒng)與ADSP - 218xN系列之間提供了高效的通信方式，可訪問DSP的片上程序內(nèi)存和數(shù)據(jù)內(nèi)存，每個(gè)字的開銷僅為一個(gè)DSP周期。

六、開發(fā)系統(tǒng)

Analog Devices為ADSP - 218xN系列提供了廣泛的軟件和硬件開發(fā)工具，包括VisualDSP++集成開發(fā)環(huán)境、ADSP - 2189M EZ - KIT Lite評(píng)估套件和ADSP - 218x EZ - ICE仿真器。這些工具可幫助工程師快速開發(fā)、調(diào)試和部署DSP應(yīng)用程序。

七、總結(jié)

ADSP - 218xN系列DSP微計(jì)算機(jī)以其高速運(yùn)算、低功耗、靈活的架構(gòu)和豐富的功能，為數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用提供了強(qiáng)大的支持。無論是在通信、音頻處理還是工業(yè)控制等領(lǐng)域，它都能展現(xiàn)出卓越的性能。作為電子工程師，我們?cè)?a href="http://www.brongaenegriffin.com/soft/data/61-62/" target="_blank">設(shè)計(jì)相關(guān)系統(tǒng)時(shí)，不妨考慮這款處理器，相信它會(huì)給我們帶來意想不到的驚喜。大家在使用過程中遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。