Texas Instruments TMS320C50

Texas Instruments TMS320C50 — это 16-битный цифровой сигнальный процессор (DSP) с фиксированной запятой, разработанный компанией Texas Instruments. Относится к семейству TMS320C5x, которое является развитием архитектуры TMS320C25. Микросхема была представлена в начале 1990-х годов и предназначалась для задач цифровой обработки сигналов в реальном времени, таких как модемы, аудиообработка, управление двигателями и телекоммуникационное оборудование.

История

Семейство TMS320C5x было анонсировано Texas Instruments в 1990 году как преемник популярного процессора TMS320C25. Основной целью разработки было повышение производительности и снижение энергопотребления при сохранении программной совместимости с предыдущими поколениями. TMS320C50 стал одним из первых представителей этого семейства, выпущенным в 1991 году.

Процессор производился по КМОП-технологии с проектными нормами 0,8 мкм. В отличие от предшественников, которые использовали NMOS-технологию, переход на КМОП позволил значительно снизить тепловыделение и энергопотребление, что было критично для встраиваемых систем. TMS320C50 выпускался в корпусах PLCC-68 и PQFP-100.

Архитектура

TMS320C50 использует модифицированную гарвардскую архитектуру, которая позволяет одновременно обращаться к памяти программ и памяти данных. Это обеспечивает высокую пропускную способность при выполнении типовых DSP-операций, таких как умножение с накоплением (MAC).

Основные характеристики

• Разрядность: 16 бит (фиксированная запятая)
• Тактовая частота: от 20 до 40 МГц (в зависимости от модификации)
• Производительность: до 20 MIPS (миллионов инструкций в секунду) при 40 МГц
• Внутренняя память: 2 КБ ПЗУ (ROM) и 1 КБ ОЗУ (RAM) на кристалле
• Внешняя память: до 64 КБ программной памяти и до 64 КБ памяти данных
• АЛУ: 16-битное арифметико-логическое устройство с аппаратным умножителем 16×16 бит, формирующим 32-битный результат
• Аккумулятор: 32-битный с дополнительными битами для переполнения
• Регистры: 8 вспомогательных регистров (AR0–AR7) для адресации, 2 циклических буфера

Система команд

Процессор имеет систему команд, совместимую на уровне исходного кода с TMS320C25. Набор включает около 100 инструкций, среди которых:

• Арифметические: ADD, SUB, MPY, MAC
• Логические: AND, OR, XOR
• Пересылки: LAC, SAC, BLKD
• Управления: B, CALL, RET
• Специализированные: LTD (загрузка и задержка), DMOV (перемещение данных)

Особенностью является наличие инструкции MACD (умножение с накоплением и задержкой), которая за один такт выполняет умножение, сложение с аккумулятором и сдвиг данных в памяти, что критически важно для реализации КИХ-фильтров.

Периферия

TMS320C50 содержит на кристалле несколько периферийных блоков, что снижает потребность во внешних компонентах:

• Таймер: 16-битный программируемый таймер с предделителем
• Последовательный порт: синхронный (SPI-совместимый) и асинхронный (UART) режимы
• Параллельный порт: 16-битный интерфейс для связи с внешними устройствами
• Контроллер прерываний: поддержка до 6 внешних и 16 внутренних прерываний
• Генератор тактов: встроенный умножитель частоты для работы от внешнего кварцевого резонатора

Применение

TMS320C50 широко использовался в следующих областях:

• Телекоммуникации: модемы (V.32, V.34), факсимильные аппараты, цифровые АТС
• Аудиообработка: эквалайзеры, ревербераторы, синтезаторы звука
• Управление двигателями: сервоприводы, шаговые двигатели в промышленных контроллерах
• Измерительная техника: цифровые осциллографы, спектроанализаторы
• Военная и авиационная техника: системы навигации, радиолокации

Например, в модемах TMS320C50 выполнял функции модуляции/демодуляции, коррекции ошибок и сжатия данных. В аудиоустройствах он использовался для реализации цифровых фильтров и эффектов.

Модификации

Семейство TMS320C5x включало несколько модификаций, отличающихся объёмом встроенной памяти и тактовой частотой:

Также выпускались версии с пониженным энергопотреблением (TMS320LC50) для портативных устройств.

Инструменты разработки

Для программирования TMS320C50 Texas Instruments предоставляла:

• Ассемблер: TMS320C5x Assembler (в составе пакета TMS320C5x Development Tools)
• Си-компилятор: Optimizing C Compiler for TMS320C5x
• Отладчик: XDS (eXtended Development System) — аппаратный эмулятор, подключаемый через JTAG
• Симулятор: TMS320C5x Simulator для отладки на ПК

Разработка велась на языке ассемблера или Си. Для оптимизации критичных по времени участков кода обычно использовался ассемблер.

Влияние и наследие

TMS320C50 стал одним из наиболее массовых DSP-процессоров своего поколения. Он заложил основы для последующих семейств TMS320C54x и TMS320C55x, которые до сих пор используются в некоторых встраиваемых системах. Архитектурные решения, такие как модифицированная гарвардская архитектура и аппаратный умножитель, стали стандартом для DSP-процессоров.

Процессор применялся в продукции таких компаний, как Motorola, Nokia, Siemens, а также в советских и российских разработках, где он использовался в системах связи и обработки сигналов (например, в некоторых модемах и радиолокационных станциях).

Источники

1. Texas Instruments. TMS320C5x User's Guide. — 1991.
2. Texas Instruments. TMS320C5x Assembly Language Tools User's Guide. — 1992.
3. Texas Instruments. TMS320C5x DSP Starter Kit User's Guide. — 1993.
4. Lapsley P., Bier J., Shoham A., Lee E. A. DSP Processor Fundamentals: Architectures and Features. — IEEE Press, 1997.
5. Техническая документация на TMS320C50 (Texas Instruments, 1991).