ADSP-218xN系列DSP微计算机：高性能与灵活性的完美结合

在数字信号处理（DSP）领域，ADSP-218xN系列DSP微计算机凭借其卓越的性能和丰富的功能，成为众多工程师的首选。今天，我们就来深入了解一下这款强大的处理器。

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一、产品概述

ADSP-218xN系列由六款单芯片微计算机组成，专为数字信号处理应用而优化。该系列成员引脚兼容，仅在片上SRAM容量上有所差异，这种特性结合ADSP - 21xx代码兼容性，为设计决策提供了极大的灵活性。具体型号及内存配置如下：	设备	程序内存（K字）	数据内存（K字）
ADSP - 2184N	4	4
ADSP - 2185N	16	16
ADSP - 2186N	8	8
ADSP - 2187N	32	32
ADSP - 2188N	48	56
ADSP - 2189N	32	48

二、性能特点

（一）高速运算

ADSP - 218xN系列采用高速、低功耗的0.18μm CMOS工艺，在1.8V（内部）下指令周期时间为12.5ns，可持续实现80MIPS的性能。每条指令都能在单个处理器周期内执行，还支持单周期上下文切换，大大提高了运算效率。

（二）多总线架构

其3总线架构允许在每个指令周期内进行双操作数提取，配合多功能指令，可实现多个操作的并行执行。例如，在一个处理器周期内，它可以生成下一个程序地址、提取下一条指令、执行一到两次数据移动、更新一到两个数据地址指针以及执行计算操作。

（三）低功耗设计

该系列具备三种低功耗模式：掉电模式、空闲模式和慢速空闲模式。掉电模式下，处理器可进入极低功耗的休眠状态，仅需200个CLKIN周期即可快速恢复执行指令。空闲模式下，处理器在低功耗状态下等待中断，而慢速空闲模式则通过减慢内部时钟信号进一步降低功耗。

三、架构概述

（一）计算单元

处理器包含三个独立的计算单元：ALU、乘法器/累加器（MAC）和移位器。这些单元直接处理16位数据，并支持多精度计算。ALU可执行标准的算术和逻辑运算，还支持除法原语；MAC可在单周期内完成乘法、乘加和乘减操作，并具有40位的累加功能；移位器可执行逻辑和算术移位、归一化、反归一化和求指数操作。

（二）总线结构

内部有五条总线用于高效的数据传输，包括程序内存地址（PMA）总线、程序内存数据（PMD）总线、数据内存地址（DMA）总线、数据内存数据（DMD）总线和结果（R）总线。两个地址总线（PMA和DMA）共享一个外部地址总线，两个数据总线（PMD和DMD）共享一个外部数据总线，便于内存扩展。

（三）程序和数据地址生成

强大的程序序列器和两个专用的数据地址生成器确保操作数能高效地传递到计算单元。程序序列器支持单周期的条件跳转、子程序调用和返回，配合内部循环计数器和循环栈，可实现零开销的循环代码执行。两个数据地址生成器可同时进行双操作数提取，每个生成器维护和更新四个地址指针，并支持自动模寻址。

四、系统接口

（一）灵活的I/O操作

ADSP - 218xN系列的I/O接口灵活，可在1.8V、2.5V或3.3V下工作，所有输入能承受高达3.6V的电压。它还提供16位内部DMA端口、4M字节内存接口和8位DMA到字节内存接口，支持高速访问片上内存和数据传输。

（二）串行端口

该系列集成了两个完整的同步串行端口（SPORT0和SPORT1），用于串行通信和多处理器通信。SPORT具有双向通信、独立的发送和接收缓冲区、可选的硬件压扩、多种数据字长度支持以及中断功能等特点。

（三）中断和标志

ADSP - 218xN系列可响应十一个中断，包括最多六个外部中断和七个内部中断。中断级别内部优先级排序且可单独屏蔽（掉电和复位除外）。此外，它还提供多达13个通用标志引脚，用于灵活的系统信号传输。

五、内存架构

（一）程序内存

程序内存（全内存模式）为24位宽，可存储指令操作码和数据。系列成员片上最多有48K字的程序内存RAM，并可通过外部数据总线访问两个8K的外部内存覆盖空间。在主机模式下，可访问所有内部内存，但外部覆盖访问受单个外部地址线（A0）限制。

（二）数据内存

数据内存（全内存模式）为16位宽，用于存储数据变量和内存映射控制寄存器。系列成员片上最多有56K字的数据内存RAM，部分空间由32个内存映射寄存器使用，也支持通过外部数据总线访问两个8K的外部内存覆盖空间。主机模式下，同样可访问所有内部内存，但外部覆盖访问受限。

（三）内存映射寄存器和I/O空间

ADSP - 218xN系列有三个独特的内存映射寄存器，提供等待状态和BMS控制功能。此外，它还支持一个额外的外部内存空间——I/O空间，用于连接外设，支持2048个16位宽的数据位置。

（四）字节内存和DMA

字节内存空间是一个双向的8位外部内存空间，用于存储程序和数据，通过BDMA功能进行访问。BDMA控制器可在处理器正常运行时加载和存储程序指令和数据，每次传输仅占用一个DSP周期。

（五）内部内存DMA端口（IDMA端口）

IDMA端口为主机系统与ADSP - 218xN系列之间提供了高效的通信方式，可访问DSP的片上程序内存和数据内存，每个字的开销仅为一个DSP周期。

六、开发系统

Analog Devices为ADSP - 218xN系列提供了广泛的软件和硬件开发工具，包括VisualDSP++集成开发环境、ADSP - 2189M EZ - KIT Lite评估套件和ADSP - 218x EZ - ICE仿真器。这些工具可帮助工程师快速开发、调试和部署DSP应用程序。

七、总结

ADSP - 218xN系列DSP微计算机以其高速运算、低功耗、灵活的架构和丰富的功能，为数字信号处理应用提供了强大的支持。无论是在通信、音频处理还是工业控制等领域，它都能展现出卓越的性能。作为电子工程师，我们在设计相关系统时，不妨考虑这款处理器，相信它会给我们带来意想不到的惊喜。大家在使用过程中遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享交流。