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[導(dǎo)讀]本文介紹了TMS320VC5402 DSP的存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)控制DMA的特點(diǎn),給出了一種適用的DMA結(jié)合多通道緩沖串行口McBSP組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

作者Email: zk9729@yahoo.com.cn

    摘  要:本文介紹了TMS320VC5402 DSP的存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)控制DMA的特點(diǎn),給出了一種適用的DMA結(jié)合多通道緩沖串行口McBSP組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案,該設(shè)計(jì)具有設(shè)計(jì)靈活、硬件簡(jiǎn)單、CPU執(zhí)行效率高的特點(diǎn)。

    關(guān)鍵詞:DSP;DMA;McBSP

    1.引  言

    通用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)以其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力在高速數(shù)字信號(hào)處理方面得到廣泛的應(yīng)用。美國(guó)TI公司是DSP領(lǐng)域影響最大的公司之一,TMS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱C5402)是該公司TMS320C54x系列DSP的代表產(chǎn)品,它以其極高的性價(jià)比而成為目前應(yīng)用最為廣泛的DSP芯片之一。

    在以C5402 DSP為核心組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,用戶一般需要在采集完一段數(shù)據(jù)后對(duì)其進(jìn)行處理。采用查詢方式采集數(shù)據(jù)會(huì)占用大量CPU的資源,采用中斷方式來(lái)采集數(shù)據(jù)雖可以提高CPU的利用率,但是在采集數(shù)據(jù)的每個(gè)時(shí)刻還是由CPU來(lái)完成,同時(shí)降低了程序的可讀性。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用C5402的存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)控制DMA與多通道緩沖串行口McBSP結(jié)合來(lái)設(shè)計(jì)系統(tǒng),使得CPU正常工作與DMA數(shù)據(jù)采集并行進(jìn)行,提高了DSP的運(yùn)行效率。

    2. C5402  DMA的特點(diǎn)

    C5402存儲(chǔ)器直接存儲(chǔ)控制DMA能在不占用CPU資源的情況下,實(shí)現(xiàn)DSP存儲(chǔ)器間數(shù)據(jù)的自由傳送。C5402有6個(gè)可獨(dú)立編程的DMA通道,每個(gè)DMA通道受各自的5個(gè)16位寄存器控制:源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、單元計(jì)數(shù)寄存器DMCTR、同步事件和幀計(jì)數(shù)寄存器DMSFC、發(fā)送模式控制寄存器DMMCR。

    1. 源地址寄存器DMSRC規(guī)定DMA要傳送源數(shù)據(jù)的首地址。這些地址可以指向DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和一些特殊的外部裝置。

    2. 目的地址寄存器DMDST規(guī)定DMA要傳送數(shù)據(jù)目的地址的首地址。這些目的地址可以是DSP內(nèi)部存儲(chǔ)器、外部存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和一些特殊的外部裝置。

    3. 單元計(jì)數(shù)寄存器DMCTR規(guī)定DMA傳送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)為DMCTR寄存器的值加1個(gè)。

    4. 同步事件和幀計(jì)數(shù)寄存器DMSFC規(guī)定DMA傳送數(shù)據(jù)的同步事件類(lèi)型和傳送一塊數(shù)據(jù)所含幀信號(hào)的個(gè)數(shù):

    DBLW位設(shè)置DMA工作在單字模式(=0b)或雙字模式(=1b)。工作在單字模式時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)單元設(shè)置為16位,雙字模式時(shí)每個(gè)數(shù)據(jù)單元設(shè)置為32位。

    Frame Count位設(shè)置每塊數(shù)據(jù)所含幀信號(hào)的個(gè)數(shù)。

    DSYN位設(shè)置選擇如下方式作為DMA同步事件:

      0000b:無(wú)同步事件。
      0001b:McBSP0接收事件(REVT0)。
      0010b:McBSP0發(fā)送事件(XEVT0)。
      0101b:McBSP1接收事件(REVT1)。
      0110b:McBSP1發(fā)送事件(XEVT1)。
      1101b:定時(shí)器0中斷事件。
      1110b:外部中斷3(INT3)中斷事件。
      1111b:定時(shí)器1中斷事件。
     其它:保留。

    5.傳輸模式控制寄存器DMMCR規(guī)定了DMA通道的傳輸模式:

    AUTOINIT位是DMA自動(dòng)初始化設(shè)置位,可設(shè)置成自動(dòng)初始化使能(=1b)和自動(dòng)初始化不使能(=0b)。當(dāng)DMA工作在自動(dòng)初始化模式時(shí),CPU在一個(gè)DMA事件完成后自動(dòng)裝載下一個(gè)DMA初始化設(shè)置并繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

    DINM位和IMOD位設(shè)置DMA中斷產(chǎn)生方式。DINM=0時(shí)DMA中斷被屏蔽,當(dāng)DINM=1時(shí)中斷按IMOD位設(shè)置產(chǎn)生。

    CTMOD位設(shè)置發(fā)送計(jì)數(shù)模式控制,DMA可工作在多幀模式(=0b)和自動(dòng)緩沖ABU模式(=1b)。

    SIND位和DIND位用來(lái)設(shè)置源地址和目的地址的自動(dòng)調(diào)整方式,可選擇如下方式:不調(diào)整(=000b)、訪問(wèn)后自動(dòng)加1(=001b)、訪問(wèn)后自動(dòng)減1(=010b)、訪問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX0的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整(=011b)、訪問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX1的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整(=100b)、訪問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX0和幀地址索引寄存器DMFRI0的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整(=101b)、訪問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX1和幀地址索引寄存器DMFRI1的設(shè)置進(jìn)行調(diào)整(=110b)、保留(=111b)。

    DMS位和DMD位用來(lái)選擇源數(shù)據(jù)和目的數(shù)據(jù)所存的空間,可選擇成程序空間(=00b)、數(shù)據(jù)空間(=01b)、I/O空間(=10b)或保留(11b)。

    此外,DMA的6個(gè)通道還受通道優(yōu)先級(jí)和使能控制寄存器DMPREC控制。在這個(gè)寄存器中相應(yīng)的DPRC位置1選擇相應(yīng)的通道為高優(yōu)先級(jí),相應(yīng)的DE位置1選通相應(yīng)的通道為使能通道并開(kāi)始工作。

    3. 接口設(shè)計(jì)

    在這個(gè)系統(tǒng)中,使用的A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片是語(yǔ)音信號(hào)編碼解碼芯片TLC320AD50。它是TI公司生產(chǎn)的一個(gè)16位、音頻范圍、內(nèi)含抗混疊濾波器和重構(gòu)濾波器的串行模擬接口芯片。它完成語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化采樣,并將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)傳給DSP進(jìn)行后續(xù)處理。 

    C5402提供兩個(gè)高速、全雙工、多通道緩沖串行口McBSP。它依靠三個(gè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)線D(R/X)、幀同步線FS(R/X)和移位時(shí)鐘線CLK(R/X)。DX和DR引腳完成與外部設(shè)備進(jìn)行通信時(shí)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,由CLKX、CLKR、FSX、FSR實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘和幀同步的控制。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),CPU將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)到發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器DXR,在FSX和CLKX作用下,由DX引腳輸出。接收數(shù)據(jù)時(shí),來(lái)自DR引腳的數(shù)據(jù)在FSR和CLKR作用下,從數(shù)據(jù)寄存器DRR中讀出數(shù)據(jù)。CLKX、CLKR、FSX、FSR既可以由內(nèi)部采樣率發(fā)生器產(chǎn)生,也可以由外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

    設(shè)置DMA1通道與McBSP1通道結(jié)合來(lái)讀取TLC320AD50轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。選擇McBSP1通道的接收寄存器DRR11(41h)為DMA傳送數(shù)據(jù)的首地址,并選擇源地址工作在訪問(wèn)后不調(diào)整方式,選擇DMA通道同步事件McBSP1接收事件為DMA同步事件,來(lái)實(shí)現(xiàn)DMA和McBSP的結(jié)合。TLC320AD50轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)按McBSP1的設(shè)置被送到C5402內(nèi)部接收寄存器DRR11中,再由DMA將DRR11中的數(shù)讀到指定數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)來(lái)完成數(shù)據(jù)采集。DMA在傳送外部來(lái)的數(shù)據(jù)時(shí)不會(huì)影響CPU的正常運(yùn)行,當(dāng)DMA采集完一組規(guī)定個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生一個(gè)DMA中斷事件中斷CPU,來(lái)通知CPU對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理,此時(shí)DMA可以按照設(shè)定繼續(xù)采集下一組數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集與CPU處理的并行操作。圖1為系統(tǒng)硬件接口設(shè)計(jì)。

    4. 軟件設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)軟件由C5402初始化程序、McBSP1初始化程序、TLC320AD50初始化程序、DMA1通道初始化程序和數(shù)據(jù)處理程序構(gòu)成。圖2為本系統(tǒng)軟件流程圖。

    C5402初始化程序完成DSP堆棧、CPU時(shí)鐘和運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)置。

    McBSP1初始化程序設(shè)置McBSP1的工作狀態(tài):運(yùn)行在時(shí)鐘自由運(yùn)行狀態(tài)下,接收/發(fā)送幀同步信號(hào)和移位時(shí)鐘信號(hào)都由外界驅(qū)動(dòng),每幀一字,每字16位,接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)都無(wú)延時(shí)。

    TLC320AD50初始化程序完成TLC320AD50相關(guān)寄存器的設(shè)置:選擇INP/INM為模擬信號(hào)輸入端,15+1位ADC和15+1位DAC模式,工作在主機(jī)模式,不帶從機(jī),采樣頻率為10.67KHz,模擬信號(hào)輸入和輸出放大增益均為0dB。

    DMA1通道初始化程序初始化DMA1,具體程序如下:

……
stm #0005h, 55h  ;選擇DMA1通道
stm #0041h, 56h  ;設(shè)置McBSP1接收端為DMA事件的源地址
stm #0200h, 56h  ;設(shè)置DMA事件的目的地址
stm #0100h-1,56h ;設(shè)置直接傳送數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為0100h個(gè)
stm #5000h, 56h  ;設(shè)置McBSP1接收同步模式,一幀接收一個(gè)字
stm #404dh, 56h  ;設(shè)置DMA工作在多幀模式,源地址不調(diào)整,目的地址按單元地址索引寄存器DMIDX0的值為步長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)整
 stm #20h,  55h
 stm #0001h, 57h  ;設(shè)置單元地址索引寄存器DMIDX0的值為1
stm #0282h, 54h  ;設(shè)置DMA1通道為高優(yōu)先級(jí)并使能DMA1通道
……

    5. 結(jié)束語(yǔ)

    本文提出的DMA結(jié)合多通道緩沖串行口McBSP組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法,大大減少CPU的工作量,簡(jiǎn)化軟件設(shè)計(jì),有效地利用DSP的硬件資源,提高信號(hào)采集系統(tǒng)的執(zhí)行效率,已經(jīng)在本校信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)室的DSP系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。

 

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