### 定点DSP芯片TMS320F2812实现快速算法
#### 一、TMS320F2812简介
TMS320F2812是德州仪器（TI）公司推出的一款高性能、多功能且具备高性价比的32位定点数字信号处理器（DSP）芯片。这款芯片广泛应用于控制系统的设计与开发领域，特别是在需要高速处理能力的应用场景中表现出色。TMS320F2812兼容TMS320LF2407指令集，能够以高达150MHz的主频运行，拥有18k×16位的零等待周期片上SRAM和128k×16位的片上FLASH存储器（访问时间为36ns）。
该芯片配备了一系列丰富的片上外设，包括但不限于两组8路12位模数转换器（ADC，最快转换时间为80ns）、两个串行通信接口（SCI）、一个串行外围接口（SPI）、一个多通道缓冲串行端口（McBSP）以及一个增强型控制器区域网络（eCAN）等。此外，它还包含了两个事件管理模块（EVA和EVB），每个模块都包含6路脉宽调制/比较器（PWM/CMP）、2路正交编码脉冲（QEP）、3路捕获单元（CAP）和2路16位定时器（或TxPWM/TxCMP）。这些特性使得TMS320F2812非常适合于需要快速响应和精确控制的应用场合。
TMS320F2812还具有三个独立的32位CPU定时器以及多达56个可编程通用输入输出（GPIO）引脚，这进一步增强了其灵活性和适用范围。该芯片采用哈佛架构，支持双16×16乘法加法（MAC）操作和32×32乘法加法操作，这意味着它不仅适用于控制任务，同时也适用于需要高速数学运算的应用。
#### 二、TMS320F2812基本系统配置
**2.1 TMS320F2812时钟**
TMS320F2812的片上外设按照所需的输入时钟频率被划分为四个不同的组：
1. **SYSOUTCLK组**：包括CPU定时器和eCAN总线，可通过PLL CR寄存器动态调整时钟频率。
2. **OSCCLK组**：主要用于看门狗电路，其时钟频率可通过WD CR寄存器设置。
3. **低速组**：包括SCI、SPI和McBSP，这些外设的时钟频率可通过LOSPCP寄存器设置。
4. **高速组**：包括EVA/B和ADC，这些外设的时钟频率可通过HISPCP寄存器设置。
为了确保系统能够以较高的速度运行，除了某些需要较低时钟频率的外设（如定时器和SCI等），其他外设均可在150MHz的主频下工作。
**2.2 存储空间**
TMS320F2812采用哈佛架构，这意味着程序存储空间和数据存储空间在逻辑上是分离的，但在物理上它们被统一为一个4M×16位的存储空间。这种结构允许在同一个时钟周期内同时执行取指令、读数据和写数据的操作，从而提高了系统的整体性能。具体的存储空间分配如下：
- 256k×16位SARAM通过CY7C1041扩展，位于Zone6 (0x100000~0x13FFFF)，存取时间不少于12ns。
- 128k×16位FLASH存储空间（0x3D8000~0x3F7FFF），取指时间不少于36ns。
为了进一步提高性能，可以将对时间要求较为严格的部分程序、变量以及堆栈空间移至H0、L0、L1、M0和M1空间进行运行。
**2.3 中断**
TMS320F28x系列DSP配备了非常丰富的外设，每个外设都能够产生一个或多个中断请求。中断分为两级：PIE中断和CPU中断。CPU中断包括32个中断源，涵盖了从重置到非法指令的各种情况。TMS320F28x系列DSP通过一个外围中断扩展控制器（PIE）来管理来自片上外设和其他外部引脚的中断请求。PIE中断共有96个，被分成12组，每组包含8个片上外设中断请求。TMS320F2812利用了其中的45个中断请求，其余的被保留供未来的DSP设备使用。
**2.4 复位引导**
TMS320F2812提供了片上引导ROM空间，用于初始化和配置芯片。通过设置特定寄存器的值（例如VMAP、MP/MC和ENPIE），可以控制启动过程中的不同阶段，确保系统正确初始化并进入预期的操作模式。
#### 三、快速定点算法实现
TMS320F2812通过优化系统配置和编程策略，可以有效地实现快速定点算法。定点算法相比于浮点算法，具有更高的运算速度和更低的功耗，但牺牲了一定的精度。在实际应用中，通过合理安排算法流程、选择合适的数值表示形式和数据类型，可以最大限度地发挥TMS320F2812的硬件优势，实现高效的定点运算。
**3.1 数据类型的选择**
在实现定点算法时，首先需要确定合适的定点格式。常见的定点格式包括Q格式，例如Q15表示15位小数部分加上1位符号位的定点数。选择合适的Q格式对于平衡运算速度和精度至关重要。
**3.2 算法优化**
针对特定应用需求，可以通过以下几种方式优化算法：
- **流水线操作**：充分利用TMS320F2812的流水线结构，提高指令执行效率。
- **并行处理**：利用EVA和EVB等事件管理模块实现任务的并行处理，减少处理时间。
- **循环展开**：通过循环展开技术减少循环中的分支指令，提高循环的执行效率。
- **使用硬件加速器**：如利用片上的MAC单元等硬件资源，加速关键计算过程。
**3.3 测试与验证**
为了验证定点算法的有效性和准确性，通常会将其结果与浮点算法的结果进行比较。通过这种方式，可以评估定点算法在特定应用场景下的表现，同时也可以识别出可能存在的误差源。
#### 四、结论
TMS320F2812是一款高性能的定点DSP芯片，通过合理的系统配置和编程策略，可以在各种控制和测量应用中实现快速而准确的定点算法。通过优化算法设计、利用硬件资源和进行细致的测试与验证，可以充分发挥TMS320F2812的优势，满足不同领域的高性能需求。
