Руководство пользователя по сигнальным процессорам Sharc

Проектирование системы 11

Рис.11.5. Не рекомендуемый метод распределения сигнала тактовой синхронизации (согласованная нагрузка на конце линии)

Рис. 11.6. Рекомендуемый метод распределения сигнала тактовой синхронизации (согласованная нагрузка в начале линии)

411

11 Проектирование системы

(емкость) – как можно выше. Согласующие инверторы должны находиться в одной интегральной схеме и обеспечивать малый сдвиг по отношению друг к другу (< 1 нсек). Этот сдвиг должен быть как можно меньше, так как он вычитается из максимально допустимого значения рассогласования сигналов, определяемого в технических характеристиках.

11.5.3. Соединение по схеме «точка к точке»

При соединении процессоров по схеме «точка к точке» рядом с выводом могут последовательно подключаться нагрузочные резисторы. Этот способ применяется в схемах, где линк порты используются для связи на расстояниях больше 6 дюймов (см. рис. 11.7). Для получения более подробной информации о конкретных решениях по согласованию линий передачи обратитесь источникам, указанным в разделе «Рекомендуемая литература», и Техническим характеристикам ADSP 2106x.

При работе линк порта на удвоенной частоте тактовой синхронизации важно поддерживать малый сдвиг между данными (LxDAT3 0) и сигналом тактовой синхронизации (LxCLK). Для работы на удвоенной частоте при CLKIN=40 МГц требуется обеспечить сдвиг менее 1,25 нсек.

Хотя последовательный порт может работать на низкой частоте, выходные драйверы имеют высокую скорость переключения, и поэтому при больших расстояниях между процессорами может потребоваться согласованная нагрузка в начале линии.

Рис. 11.7. Согласованная нагрузка в начале линии при соединении процессоров по схеме «точка к точке» на больших расстояниях

412

Проектирование системы 11

11.5.4. Целостность сигнала

Емкостная нагрузка на линиях высокочастотных сигналов должна быть максимально снижена. Нагрузка на шину может снижаться при использовании буфера для работающих с состояниями ожидания устройствами, например, DRAM. При этом снижается влияние емкости на сигналы, которые используются при работе с устройствами без состояний ожидания, что позволяет этим сигналам быстрее переключаться; а также снижается влияние шумовых выбросов тока.

Расстояние, проходимое сигналом, также должно минимизироваться для снижения звона. Особую осторожность нужно соблюдать с определенными

сигналами, такими как стробы записи и чтения (,) и сигнал

подтверждения (АСК). В многопроцессорном кластере каждый ADSP 2106x может управлять стробами записи и чтения. В случае, если длина линии больше 6 дюймов, в ней нужно поставить демпфирующий резистор. Однако, это внесет дополнительную задержку прохождения сигнала. В этом случае нужно внимательно проанализировать временной запас для этих сигналов.

На рис. 11.8 и 11.9 приведены два возможных варианта подключения демпфирующих резисторов между процессорами. На рис.11.8 используется соединение резисторов звездой. Каждый процессор может управлять сигналами

(например, стробами , ). Длина трасс должна минимизироваться.

Оптимальное значение сопротивления и расположение резисторов (ближе или дальше от точки общего соединения) определяются экспериментально. Однако подключение этих резисторов внесет дополнительную задержку распространения сигнала.

В примере на рис. 11.9, где процессоры 1 и 2, 3 и 4 находятся близко друг к другу, для подавления отражений используется один демпфирующий резистор между парами процессоров. Сопротивление резистора подбирается экспериментально. Однако между двумя группами процессоров будет возникать сдвиг сигналов.

Когда несколько управляющих устройств используют одну линию передачи при соединении на больших расстояниях, возможно другое решение – согласование линии передачи на обоих концах. Эта схема приведена на рис.11.10. Шлейфы к процессорам должны быть как можно короче. Каждое управляющее устройство нагружено на сопротивление 25 Ом. Точка переключения сместится и составит 1,4 В; этого уровня достаточно для управления процессором TTL устройствами.

Эта схема может использоваться только для стробов , для снижения

потерь мощности в системе и в каждом ADSP 2106x. Эти сигналы будут сдвинуты, но их функционирование не изменится.

413

11 Проектирование системы

Рис. 11.8. Соединение демпфирующих резисторов звездой

Рис. 11.9. Один демпфирующий резистор между группами процессоров

414

Проектирование системы 11

Рис. 11.10. Одна линия передачи, нагруженная на обоих концах

11.5.5. Другие рекомендации и предложения

♦Использование нескольких слоев земли на печатной плате (ПП) поможет снизить перекрестные помехи. Между слоями земли должно быть достаточно переходных отверстий. Одного слоя для питания будет достаточно. Эти слои должны располагаться в центре ПП.

♦Размещайте критичные к помехам линии сигналов (для сигналов тактовой синхронизации, стробов и сигналов запроса шины) в ближайшем к слою земли сигнальном слое и подальше от других не критичных к помехам линий сигналов (или размещайте перпендикулярно им), чтобы снизить перекрестные помехи. Например, сигналы на выводах данных переключаются

одновременно с сигналом опроса входов . Если схема размещения такова, что допускается наличие перекрестных помех между ними, то в системе могут возникнуть проблемы с арбитражем шины.

♦Если возможно, размещайте процессоры по обеим сторонам платы, чтобы уменьшить занимаемую площадь и расстояние между ними.

♦Использование более низкого сопротивления линии передачи позволит снизить перекрестные помехи.

415

11 Проектирование системы

♦Использование компонентов и источников питания, рассчитанных на 3.3 В, поможет решить проблемы с линиями передачи, так как напряжение переключения 1,5 В близко к середине размаха напряжения питания. ADSP 2106x пригоден к работе с питанием 3,3 В.

11.5.6. Развязывающие конденсаторы

К выводам питания (VDD) должны подключаться минимум восемь развязывающих конденсаторов (керамических, емкостью 0.02 мкФ). См. рис. 11.11. Для этого используйте короткие и толстые трассы. Подключаемый к земле вывод конденсатора должен подсоединяться прямо к слою земли снаружи от площадки, занимаемой контактами процессора ADSP 2106x. Не располагайте конденсаторы внутри площадки, т. е. под процессором на плате. Рекомендуется использовать конденсаторы поверхностного монтажа, так как они имеют меньшую индуктивность. Длина трассы, соединяющей слой питания с выводами источника питания, должна быть минимальной. Слои земли не должны быть слишком часто перфорированы переходными отверстиями или трассами, это снизит их эффективность. Кроме того, на плате должно стоять несколько танталовых конденсаторов большой емкости.

11.5.7. Зонды осциллографа

При выполнении высокочастотных измерений используйте зонд осциллографа с коротким (0,5 дюйма) заземляющим зажимом типа «BNC» или похожим. Зонд

Рис. 11.11. Размещение развязывающих конденсаторов

416

Проектирование системы 11

должен быть активный с малой емкостью нагрузки (3 пФ или меньше). При использовании зонда со стандартным заземляющим зажимом длиной 4 дюйма на экране можно будет увидеть звон, а также существенные выбросы на переднем и заднем фронтах импульса. Для точного отображения измеряемых сигналов необходим стробоскопический осциллограф с частотой выборки 1 ГГц и выше.

11.5.8. Рекомендуемая литература

Для дальнейшего чтения рекомендована книга High speed digital design: A handbook of black magic. Эта книга является техническим руководством, описывающим проблемы, возникающие при разработке современных высокочастотных цифровых схем. Она является отличным источником теоретической и практической информации. Основные моменты, рассматриваемые в этой книге:

♦Характеристики быстродействия логических элементов.

♦Методы измерения.

♦Линии передачи.

♦Слои земли и расположение слоев.

♦Нагрузки.

♦Переходные отверстия.

♦Системы питания.

♦Соединители.

♦Плоские кабели.

♦Распределение сигнала тактовой синхронизации.

♦Генераторы сигнала тактовой синхронизации.

High speed digital design: A handbook of black magic.

Johnson & Graham

Prentice Hall, Inc.

ISBN 0 13 395724 1

11.6. Начальная загрузка

Программы могут автоматически загружаться во внутреннюю память ADSP 2106x после включения питания или после программного сброса. Этот процесс называется начальной загрузкой.

ADSP 2106x поддерживает три режима начальной загрузки: из EPROM, из хост процессора и через линк порт. Также возможен режим «нет начальной загрузки». В каждом режиме начальной загрузки данные, предназначенные для начальной загрузки, упаковываются в 48 разрядные команды, а для их передачи во

417

11 Проектирование системы

внутреннюю память используется контроллер DMA и 6 канал DMA. При начальной загрузке из EPROM процессор считывает данные из 8 разрядной EPROM через внешний порт. При загрузке из хост процессора ADSP 2106x принимает данные из 16 разрядного хост процессора (или другого внешнего устройства). При начальной загрузке через линк порт ADSP 2106x принимает 4 разрядные данные в буфер 4 линк портов. Если выбран режим «нет начальной загрузки», то процессор начинает выполнять команды, расположенные по адресу 0х0040 0004 во внешней памяти.

Для начальной загрузки из EPROM и хост процессора используется 6 канал DMA и буфер внешнего порта ЕРВ0. Для начальной загрузки через линк порт используется 6 канал DMA и буфер 4 линк портов. В каждом случае регистр управления DMAC6 инициализируется соответственно режиму начальной загрузки.

После загрузки 256 слов в память по адресам 0х20000–0х200FF (при использовании любого режима начальной загрузки) процессор начинает выполнение команд. Большинству приложений требуется больше 256 ти слов команд и начальных данных. Поэтому эти 256 слов являются загрузочной программой для приложений. Analog Devices обеспечивает загрузочную программу (Loader Kernel), которая может загружать программы целиком. Эта программа поставляется вместе со средствами разработки. Более подробно о Loader Kernel смотрите в документации по средствам разработки.

В следующих разделах подробно рассматриваются различные режимы начальной загрузки и описываются дополнительные функциональные возможности, связанные с начальной загрузкой.

11.6.1. Выбор режима начальной загрузки

Режим начальной загрузки выбирается с помощью сигналов LBOOT, EBOOT и (см. табл. 11.2).

418

Проектирование системы 11

для выбора конфигурации системы и должен управляться аппаратно.

I/O/T* Выбор памяти для начальной загрузки (Boot Memory Select).

Выходной сигнал: используется как выбор кристалла устройств EPROM для начальной загрузки (когда EBOOT=1, LBOOT=0). В

многопроцессорных системах выводится ведущим. Входной

сигнал: когда низкого уровня, то нет начальной загрузки, и

ADSP 2106x начнет выполнять команды из внешней памяти (см. таблицу ниже). Этот сигнал служит для выбора конфигурации системы и должен управляться аппаратно.

* третье состояние только в режиме загрузки из EPROM, когда является выходным сигналом.

Таблица 11.2. Выводы для выбора режима начальной загрузки

При EBOOT=1 выбирается режим начальной загрузки из EPROM. При этом

становится выходным сигналом и используется для выбора кристалла

загружающей EPROM. При EBOOT=0 становится входным сигналом и

используется для выбора между режимами начальной загрузки из хост процессора и режимом нет начальной загрузки. В режиме начальной загрузки

из EPROM сигнал сбрасывается, когда ADSP 2106x не является ведущим.

419

11 Проектирование системы

Заметим, что при использовании любого режима начальной загрузки после включения питания адрес 0х0002 0004 не должен содержать правильной команды, так как она не будет выполняться в течение начальной загрузки. По этому адресу должны размещаться команды NOP или IDLE.

11.6.2. Начальная загрузка из EPROM

Когда сигнал EBOOT высокого уровня, то процессор находится в режиме начальной загрузки из EPROM через внешний порт. Выводы EPROM должны соединяться с выводами 23 16 шины данных (DATA23 16). Младшие выводы адреса ADSP 2106x должны соединяться с линиями адреса EPROM. Линия

выбора кристалла в EPROM должна соединяться с , а сигнал разрешения вывода данных должен соединяться с .

В многопроцессорных системах выходной сигнал управляется только ведущим ADSP 2106х. Это позволяет объединять по схеме «ИЛИ» несколько сигналов для одной общей начальной загрузки из EPROM.

Вы можете выполнять начальную загрузку любого количества ADSP 2106x из одного EPROM, используя одинаковые или разные коды для каждого процессора.

В течение сброса сигнал на линии АСК внутренне «подтягивается» к высокому уровню с помощью эквивалентного резистора номиналом 2 кОм и удерживается высоким при помощи внутреннего фиксатора. Поэтому при начальной загрузке или в любое другое время для линии АСК не нужен внешний резистор.

11.6.2.1. Начальная загрузка (256 команд)

Когда процессор находится в режиме начальной загрузки из EPROM, то после сброса 6 канал DMA внешнего порта становится активным. Регистр DMAC6 инициализируется значением 0х02А1, что определяет настройки канала следующим образом: разрешен DMA через внешний порт, DTYPE задает передачу командных слов, бит режима упаковки PMODE игнорируется, используется упаковка 8→48 разрядов, передача начинается с младшего слова.

Инициализация полей UBWS и UBWM в регистре WAIT определяет шесть состояний ожидания (в сумме – семь циклов) для обращений EPROM в небанковое пространство внешней памяти. (Заметим, что задаваемые для небанковой памяти состояния ожидания применяются к определяемым

сигналом обращениям.)

420