CPLD在DSP系统中的应用设计

摘 要： 以Altera公司MAX7000系列为代表，介绍了CPLD在DSP系统中的应用实例。该方案具有一定的普遍适用性。

关键词： RESET BOOT HPI CPLD的延时 时序

DSP的速度较快，要求译码的速度也必须较快。利用小规模逻辑器件译码的方式已不能满足DSP系统的要求。同时，DSP系统中经常需要外部快速部件的配合，这些部件往往是专门的电路，可由可编程器件实现。 CPLD的时序严格、速度较快、可编程性好，非常适合于实现译码和专门电路。本文以MAX7000系列为例，具体介绍其在 以 TI公司的 TMS320C6202 为平台的网络摄像机系统中的应用。

1 CPLD在DSP系统中的功能介绍

1.1 DSP系统简介

本文所论述的编码器系统是基于DSP的MPEG-4压缩编码器的，主要由前端视频采集、数据预处理以及MPEG-4视频压缩编码三部分组成。基于DSP的MPEG-4编解码器由于其所选用的DSP运算能力强、编程灵活，且实现不同的图像编码算法时只需对DSP内部的程序进行改写便可实现诸如MPEG、H.263等多种图像编码，因而具有良好的应用情景。CPLD芯片对整个编码器起着逻辑控制作用，系统结构如图1所示。

1.2 CPLD在系统中的功能要求

1.2.1产生复位信号

系统上电时，CPLD产生复位信号，使整个系统中的FPGA和DSP模块复位，进入初始状态；系统上电后，数据采集模块自动启动。

系统内共使用三种电源：5V、3.3V、1.8V。其中，5V电源由供电电源接入，3.3V、1.8V电源由TPS56300（TI产品）提供。采用TPS3307（TI产品）为系统提供电源管理，该芯片可同时管理三种电源。当监测到电源电压低于一定值时，产生复位信号。TPS3307在其自身电源电压大于1V的情况下即可以输出复位信号。

当系统出现错误时，可以采用手工方式复位。

复位信号产生原理图如图2所示。其中，RST#为整个系统的复位信号，由MAX7000输出。PBSW_RST#为手动复位信号，由按键接入MAX7000,经MAX7000去抖动后输出给TPS3307。SVS_RST#为电源管理芯片TPS3307产生的复位信号（包括手动复位和电源监控功能）。

1.2.2 BOOT模式的实现

系统复位后，DSP需要进行BOOT自举。在复位信号为低期间，BOOTMODE[4:0]管脚上的设置值被锁存，决定芯片的存储器映射方式以及自举模式。但TMS320C6202没有专门的管脚作为BOOTMODE[4:0]输入管脚，而是将扩展总线的XD[4:0]映射为BOOTMODE[4:0],利用上拉/下拉电阻在复位时进行芯片启动模式设置。总线上的其它位也在复位期间被锁定，决定系统相应的设定值。而扩展总线XD在HPI口读写时要用到，所以使用MAX7000进行隔离。系统处在复位阶段，则通过MAX7000使得DSP的相应管脚的值等于设定值，复位结束后，MAX7000相应管脚为高阻态，使得XD可以作为正常的总线使用。

DSP自举有特定的时间要求。在复位结束后，XD的配置管脚必须保持一段时间，TMS320C6202要求时间为5个时钟周期，例如在200MHz时钟情况下必须保持25ns。

1.2.3 HPI口接口逻辑实现

MPEG-4压缩编码器压缩后的数据，通过网络传输控制模块传输到网络上去，从而实现网络实时图像传输。而DSP与网络传输模块（MCF5272）通过HPI口连接。其接口逻辑由CPLD完成。硬件连线图如图3所示。

根据系统的逻辑要求以及实际的仿真结果，CPLD选用EPM7128SLC84。该芯片共有2500门，128个宏单元，最多100个用户自定义管脚。

2 CPLD逻辑控制的具体实现

2.1 复位信号的实现

复位信号逻辑产生较简单，需要处理的是按键的去抖动。由于按键是机械触点，当机械触点断开、闭合时会有抖动，为使每一次按键只作一次响应，就必须考虑去除抖动。在通过按键获得复位信号为低的信息时，不是立即认定按键已被按下，而是延时一段时间后再次检测复位信号。如果仍为低，说明按键的确按下了，这实际上是避开了按键按下时的抖动时间。同样，在检测到按键释放后，再延时几个毫秒，消除后沿的抖动，然后再对键值处理。由于抖动现象主要出现在按键按下后，采用延时方法可有效地减少按键的抖动现象。

2.2 BOOT模式的实现

为了满足在复位有效期间对相应管脚进行配置，在复位无效时，使管脚进入高阻态。以其中一个管脚为例，采用Verilog语言，用如下语句实现该功能：
assign hd0=(tp4)?rst_hd0:1′bz;
//复位有效期间，tp4为1，hd=rst_hdo，即为设定值；复位无效时，tp4=0,hd 为高阻态。

因为DSP自举有特定的时间要求，在复位信号结束后，配置管脚的值必须至少保持25ns。通过对复位信号作一定的延时，可以满足要求。采用CPLD将信号作一定的延时，并不能简单地在信号后串接一些非门或其它门电路，因为开发软件在综合设计时会将这些门作为冗余逻