PCI總線(xiàn)實(shí)現(xiàn)通用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)

本文提出一種方案把數(shù)字信號(hào)處理部分從PC機(jī)軟件中分離出來(lái)交給DSP處理，DSP處理完畢后再把數(shù)據(jù)交還PC機(jī)進(jìn)行管理。這樣充分利用DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)高速處理的優(yōu)勢(shì)，提高信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。本文以TMS320VC5402 DSP為例，給予說(shuō)明。

　　1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 PCI接口芯片PCI9052

　　PCI9052是一款面向低端應(yīng)用的高性能、工作在目標(biāo)(從)模式的PCI接口芯片，支持PCI 2.1總線(xiàn)規(guī)范。該芯片的局部總線(xiàn)可以通過(guò)編程設(shè)置為8/16/32位的(非)復(fù)用總線(xiàn)，且局部總線(xiàn)時(shí)鐘與PCI總線(xiàn)時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行，便于高、低速設(shè)備的兼容，并可支持相對(duì)慢的局部總線(xiàn)在PCI總線(xiàn)上的突發(fā)傳輸速率達(dá)到132 Mb/s。同時(shí)，PCI9052提供5個(gè)本地地址空間和4個(gè)本地地址片選，基址和地址范圍可由串行E2PROM編程設(shè)置。選擇PCI9052作為PCI-DSP橋可以降低PCI總線(xiàn)開(kāi)發(fā)的難度，增加系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

　　1.2 DSP的HPI通信協(xié)議

　　TMS320VC5402 DSP具有8位的增強(qiáng)型HPI接口，其專(zhuān)門(mén)用于DSP與其他總線(xiàn)或CPU進(jìn)行通信。主機(jī)是通過(guò)HPI控制寄存器(HPIC)，地址寄存器(HPIA)，數(shù)據(jù)寄存器(HPID)訪問(wèn)DSP的片內(nèi)RAM，從而實(shí)現(xiàn)與DSP通信的。DSP只能訪問(wèn)HPIC。HPI寄存器的選擇由HCNTL[1：0]腳在PCI總線(xiàn)地址有效期實(shí)現(xiàn)，說(shuō)明如表1所示：

　　在主機(jī)訪問(wèn)DSP片內(nèi)RAM過(guò)程中，主機(jī)首先根據(jù)訪問(wèn)類(lèi)型對(duì)HPIC寄存器進(jìn)行初始化操作，然后再對(duì)HPIA寄存器進(jìn)行操作，將要訪問(wèn)存儲(chǔ)單元的地址寫(xiě)入HPIA，最后對(duì)HPID寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，此刻HPID寄存器的內(nèi)容為HPIA指定存儲(chǔ)器的內(nèi)容，這樣便實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP的一次通信過(guò)程。

　　1.3 DSP與PCI的接口設(shè)計(jì)

　　DSP與PCI的接口是實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)進(jìn)行通信的關(guān)鍵。由于TMS320VC5402 DSP的HPI口是8位并口，所以PCI9052局部總線(xiàn)設(shè)定為8位非復(fù)用總線(xiàn)模式，并將其LAD[7..0]與DSP的HD[7..0]連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線(xiàn)的連接。接口電路如圖1所示。在8位總線(xiàn)模式下，LBE[1：0]分別對(duì)應(yīng)于地址的LA[1：0]，將LBE0與HBIL相連，用于區(qū)分當(dāng)前傳輸?shù)氖堑?字節(jié)還是第2字節(jié)。LA[3：2]分別與HCNTL[1：0]相連，用于選擇HPI寄存器。利用PCI9052芯片的讀寫(xiě)控制信號(hào)LBE0#，LBE1#，LW/R，LRDY#和部分地址信號(hào)LA[3：2]經(jīng)過(guò)CPLD進(jìn)行時(shí)序和邏輯轉(zhuǎn)換便可生成HPI口的控制信號(hào)HBIL，HC-NTL0，HCNTL1，HDS1#，HR/W#。HPIENA腳接“1”表示選用HPI模塊。這樣PCI9052就可在地址有效期決定訪問(wèn)哪個(gè)HPI寄存器，實(shí)現(xiàn)DSP與PCI的通信。

　　1.4 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

　　如圖2所示系統(tǒng)電路主要由3部分組成：第一部分是PCI9052與PCI插槽間的信號(hào)連接電路，包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)AD[31：：0];總線(xiàn)命令信號(hào)C/BE[3：：0]#;接口控制信號(hào)FRAME#，TRDY#，IRDY#，STOP#;IDSEI#，DEVSEL#，錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR#，SERR#;系統(tǒng)信號(hào)CLK，RST#。這些信號(hào)是局部總線(xiàn)設(shè)備保證與PCI總線(xiàn)正確通信的必要信號(hào)。第二部分是和串行E-2PROM的信號(hào)連接電路，E2PROM內(nèi)存儲(chǔ)的是用于PCI加載的配置信息，這些信息在PCI9052硬件復(fù)位時(shí)的正確加載是保證PCI局部總線(xiàn)設(shè)備正常工作的前提。第三部分是PCI9052與DSP HPI接口的信號(hào)連接電路，包括數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)、讀寫(xiě)控制信號(hào)線(xiàn)、中斷信號(hào)線(xiàn)等。此外該系統(tǒng)還可根據(jù)DSP的其他功能擴(kuò)展相應(yīng)的外設(shè)電路。

　　2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 PC機(jī)與DSP通信驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

　　PC機(jī)上應(yīng)用軟件不能直接對(duì)底層硬件進(jìn)行訪問(wèn)，為實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP的通信還應(yīng)編寫(xiě)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。WDM(Windows Driver Model)是NT3.51和NT4.0內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型的擴(kuò)展形式，是一種PnP驅(qū)動(dòng)程序，能在Windows 98，Windows 2000和Windows XP間實(shí)現(xiàn)源代碼級(jí)兼容。為了便于在多操作系統(tǒng)中均能應(yīng)用本系統(tǒng)，需編寫(xiě)WDM驅(qū)動(dòng)程序。

　　在PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中主要是完成PCI設(shè)備的內(nèi)存、端口的讀寫(xiě)功能和中斷處理功能。若采用DDK開(kāi)發(fā)，需要軟件人員對(duì)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)熟悉、開(kāi)發(fā)難度大、為簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)，可以使用NuMega推出的DriverStudio設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)工具包。通過(guò)DriverStudio開(kāi)發(fā)者很容易生成驅(qū)動(dòng)程序框架，同時(shí)，DriverStudio與VC++有很好的接口。生成的驅(qū)動(dòng)框架可以在Microsoft VC++6.0環(huán)境下添加驅(qū)動(dòng)代完成驅(qū)動(dòng)編寫(xiě)。驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

(1)設(shè)備初始化

　　PCI設(shè)備的硬件資源由PCI配置機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分配，由PCI設(shè)備實(shí)現(xiàn)PCI配置寄存器，提出需要配置的硬件資源，驅(qū)動(dòng)程序只有獲取這些資源才能對(duì)硬件進(jìn)行操作。設(shè)備初始化環(huán)節(jié)使PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)識(shí)別PCI器件，尋址PCI器件的資源。如果m_MemoryRange0，m_IoPortRange1分別為KMemoryRange類(lèi)、KIoRange類(lèi)的實(shí)例，則初始化操作可通過(guò)調(diào)用其成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

　　(2)端口操作

　　對(duì)于X86處理器I/O空間是一個(gè)64 B的尋址空間。當(dāng)初始化完畢后，可直接調(diào)用KIoRange類(lèi)成員函數(shù)對(duì)端口進(jìn)行操作。如從端口讀/寫(xiě)一個(gè)雙字?jǐn)?shù)據(jù)可調(diào)用成員函數(shù)ind()，Outd()實(shí)現(xiàn)。

　　(4)中斷操作

　　在本系統(tǒng)中的PCI中斷是由PCI設(shè)備發(fā)出的要求上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的中斷請(qǐng)求，中斷服務(wù)程序要完成的功能是上位機(jī)從DSP的片內(nèi)RAM中讀取數(shù)據(jù)。對(duì)硬件的中斷處理可通過(guò)調(diào)用KInterrupt類(lèi)的相關(guān)成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　此函數(shù)完成了初始化中斷類(lèi)實(shí)例操作并實(shí)現(xiàn)了與中斷服務(wù)例程的連接。驅(qū)動(dòng)程序安裝好以后，在應(yīng)用程序中調(diào)用Create-File()函數(shù)打開(kāi)設(shè)備，通過(guò)調(diào)用API函數(shù)De-viceloControl就可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與DSP之間的通信。