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多核DSP的多路同步时钟信号设计

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来源: 作者: 2018-10-19 11:08:53

多核DSP的多路同步时钟信号设计

导读:

本文利用CDCM6208时钟分配芯片,以此输出多路时钟,提供到8核DSP芯片C6678,提供出DSP核工作时钟、DDR3数据读写时钟、RapidIO和PCIe数据传输时钟、千兆络加速器等时钟信号。文中介绍了详细的电路设计、时钟芯片配置以及多核DSP的配置,相关片内设备的初始化等。

多核处理器是最近快速发展的电子器件,单个芯片内集成了多个同构或者异构的处理器,使得其计算处理能力得到较大幅度的提高。DSP处理器由于其具有较高的数字处理能力,得到较广泛的应用。多核DSP芯片以目前性能较高的TMS320C66系列为例,其中TMS320C6678(以下简称C6678)含有8个处理器。这些处理器可以独立工作,也可以并行联合工作。当它们联合工作时,相互之间通信和握手就非常重要,尤其是在对时间要求较高的场合,时钟的稳定和同步就非常关键。时钟的稳定和同步对系统设计、时钟源、时钟分配、电路布线、时钟线屏蔽等都提出较高的要求。  本文利用CDCM6208时钟分配芯片,以此输出多路时钟,提供到8核DSP芯片C6678,提供出DSP核工作时钟、DDR3数据读写时钟、RapidIO和PCIe数据传输时钟、千兆络加速器等时钟信号。文中介绍了详细的电路设计、时钟芯片配置以及多核DSP的配置,相关片内设备的初始化等。  1C6678及其结构  C6678是TI公司多核处理器中的一款8核浮点型DSP,最高工作频率达到1.25GHz,单核可以提供40GMAC定点计算或者20GFLOP浮点计算能力,单个芯片可以提供320GMAC或者160GFLOP计算能力。C6678的片内结构如图1所示。  图1C6678内部结构图  C6678的每个核具有32KB的程序、32KB的数据以及512KB的2级Cache存储空间,芯片片内具有一个4MB的共享SRAM。C6678具有DDR3控制器接口,可以外接DDR3,直接寻址范围达到8GB。C6678的片内外设有RapidIO、PCIe、EMIF以及SPI、I2C总线等接口。这些接口通过片内的高速互联总线和各个处理器交互数据。  和络相关的片内设备如图1右下角灰色模块所示,主要包括两个对外的SGMII接口、以太交换和络交换模块,以及用于数据管理的安全加速器和包加速器,是为了快速检测数据的校验以及协议是否遵循络标准,对于错误的数据直接丢弃.降低CPU的负担。为了加快络和CPU的数据交换,片内的队列管理器用于管理络包或者络帧的缓存,分发等功能。这些数据都采用数据包DMA读/写,不需要CPU参与。  C6678的其他片内设备包括PLL、仿真口、信号量、电源管理和复位管理等模块。其中PLL配置CPU和外设的工作时钟;仿真口用于连接仿真器,实现对软件运行的监控;信号量实现对DSP/BIOS操作系统中信号量的控制;电源管理实现整个芯片电流电压的控制;复位管理配  置启动的方式,硬复位进行全启动,软复位进行部分启动。  2CDCM6208及其结构  CDCM62xx系列芯片是TI公司针对多核处理器专门开发的时钟产生、驱动和分配芯片。CDCM6208是该系列的第二代产品,相比于第一代CDCM6208的最大优点就是功耗大幅度降低,从第一代的2~3W降低到0.5W左右。而其功能、指标和体积没有弱化。CDCM6208有两路可选时钟输入,8路时钟输出。8路输出中的4路只能做整数倍分频,另外4路可以做小数倍分频,满足多核芯片的各种不同的时钟需求。8路时钟支持LVPECL、CML、HCSL以及LVDS信号电平,最大支持800MHz的时钟频率,满足RapidIO和PCIe这些高速接口需求。时钟抖动小于265fs。其控制可以通过标准的SPI或者I2S接口实现,非常方便灵活。TI公司提供针对该芯片专门开发的图形化控制软件,用户选择所要设置的时钟工作方式、输出频率等参数,该软件生成其内部寄存器的值,通过SPI或I2S接口写入就完成整个芯片的配置。  CDCM6208的内部结构如图2所示。从图中可以看出,可选两路时钟输入后,首先经过一个14倍频器,作为参考时钟驱动片内VCO产生时钟信号。为了提高时钟相位噪声,倍频后信号经过一个片内的滤波器,该滤波器可以由片内提供阻容电路设置。VCO时钟功分到两路预分频器,预分频器只能4、5或者6分频。预分频后时钟再次进入后期的分频器。每个预分频器功分到两个小数分频器和一个整数分频器。分频后信号驱动后输出。从图2右边输出可以看出,整数分频器输出的Y0和Y1两路时钟频率一样,Y2和Y3时钟频率一样。小数分频的Y4~Y7可以各自设置CDCM6208的这种时钟配置限制了其应用,但好处是降低了功耗,目前这种配置满足绝大部分多核处理器的要求,尤其是TI公司的C66系列以及AK2系列多核DSP可以实现无缝连接。  图2CDCM6208的内部结构图

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