DSP與PC機的PCI總線高速數據傳輸

關鍵詞：DSP； 數據傳輸；TMS320C6713 PCI9052

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３是ＴＩ公司在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１１的基礎上推出的Ｃ６０００系列新一代浮點ＤＳＰ芯片，它是目前為止Ｃ６０００系列ＤＳＰ芯片中性能最高的一種。ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３可在２５５ＭＨｚ的時鐘頻率下實現１８００ＭＩＰＳ／１３５０ＭＦＬＯＰＳ的定點和浮點運算，因而可極大地滿足通信、雷達、數字電視等高科技領域對信號處理實時性的要求。同時其主機口（ＨＰＩ）可靈活地和ＰＣＩ總線控制器相連接。而ＰＣ機則可通過ＰＣＩ總線控制器直接訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間和外圍設備，從而實現ＰＣ機與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３之間的高速數據傳輸。

在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ與ＰＣ機實現高速數據傳輸的方案中，可選用ＰＬＸ公司的ＰＣＩ９０５２作為兩者之間的接口；同時選用ＰＬＸ公司的ＮＭ９３ＣＳ４６作為加載ＰＣＩ９０５２配置信息的串行ＥＥＰＲＯＭ；而用ＴＩ公司的ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４作為 ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ之間的電平轉換芯片。

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１．１ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ的接口信號

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＰＩ是一個１６位寬的并行端口。主機（上位機）掌管著該端口的主控權，可通過ＨＰＩ直接訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間和外圍設備。表１給出了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號的基本特征。下面對它們的具體工作方式進行說明：

ＨＤ[１５：０]：可以用作數據和地址的共用總線，通過ＨＤ[１５：０]傳送的數據包括控制寄存器的設置值、初始化的訪問地址以及要傳輸的數據。

ＨＣＮＴＬ[１：０]：用于控制當前訪問的是ＨＰＩ的哪一個寄存器，該信號同時還提供了一個對ＨＰＩ數據寄存器（ＨＰＩＤ）進行地址自增的訪問方式。在該方式下，主機會連續(xù)地訪問一個線性存儲區(qū)域，而無需反復向ＨＰＩＡ寫入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號的功能。

ＨＨＷＩＬ信號：用于表明并區(qū)分ＨＤ[１５：０]上傳輸的是３２位數據中的高１６位還是低１６位。由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３芯片結構決定了它與主機間所有的數據交換都是３２位，而ＨＰＩ端口為１６位，所以每次數據訪問都需要進行兩次存取，而由ＨＰＩ自動將ＨＤ[１５：０]上連續(xù)的兩個１６位數據合成３２位，當然，也可以用其進行反向分解。

ＨＡＳ信號：用于復用地址數據總線的主機。它可使ＨＣＮＴＬ、ＨＨＷＩＬ和ＨＲ／Ｗ信號在一個存取周期中快速地實現狀態(tài)轉換。對于地址數據復用的總線來說，也可以為數據／地址的切換留出更多的時間。

ＨＣＳ、ＨＤＳ１和ＨＤＳ２信號：這三種信號可在片內組合為一個低有效的ＨＳＴＲＯＢＥ信號，如圖１所示。其作用是,在讀取時，在ＨＳＴＲＯＢＥ信號的下降沿鎖存輸入的ＨＰＩ控制信號，包括ＨＨＷＩＬ、ＨＲ／Ｗ和ＨＣ-ＮＴＬ[１：０]；而在寫入時，其下降沿和讀取時作用相同，其上升沿則鎖存寫入的數據。

ＨＲＤＹ信號：用于表明ＨＰＩ是否已準備好傳輸數據，其作用是在接口時序上插入等待狀態(tài)。如果前一次ＨＰＩ的訪問尚未完成，那么當前訪問的第一個半字的存取需要等待，此時，ＨＰＩ會置ＨＲＤＹ信號為高。

表1 HPI接口信號描述

表2 HCNTL[1:0]控制信號的功能

１．２ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ的控制寄存器

在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ中，可利用三個寄存器來完成主設備和ＣＰＵ的通信，它們是ＨＰＩ數據寄存器（ＨＰＩＤ）、ＨＰＩ地址寄存器（ＨＰＩＡ）和ＨＰＩ控制寄存器（ＨＰＩＣ）。主機可對這三個寄存器進行讀寫，而ＣＰＵ只能對ＨＰＩＣ進行訪問。ＨＰＩＤ中存放的是主機從存儲空間中讀取的數據，或者是主機向ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間中寫入的數據。ＨＰＩＡ中存放的是主機訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３存儲空間的地址，其最低兩位固定為零。ＨＰＩＣ中存放的是ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的控制信息，其高１６位和低１６位內容相同。

主機對ＨＰＩ進行訪問的次序為：初始化ＨＰＩＣ、初始化ＨＰＩＡ、從ＨＰＩＤ寄存器中讀取或向其寫入數據。在初始化ＨＰＩＣ時，ＨＷＯＢ位的設置是關鍵，它決定著高１６位與低１６位的傳輸次序。

２ ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ的接口

ＰＣＩ９０５２是ＰＬＸ公司繼ＰＣＩ９０５０之后推出的用于低成本適配器的總線目標接口芯片。它支持ＰＣＩ２．１協議規(guī)范，在３３ＭＨｚ的總線時鐘頻率下，其峰值傳輸速度可達１３２ＭＢ／ｓ，因而可大大改善數據傳輸中的瓶頸問題。同時它還具有方便靈活的開發(fā)特點，正是這些特點使其在ＰＣＩ從模式接口卡的設計中得到了廣泛的應用。

表３給出了ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號的基本特征。下面是對它們具體工作方式的一些說明：

ＬＡＤ[３１：０]：利用該信號可通過設置ＬＡＳＩＢＲＤ局部地址空間總線區(qū)域描述寄存器的總線寬度位來調整總線寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝００時，采用ＬＡＤ[７：０]８位寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝０１時，采用ＬＡＤ[１５：０]（１６位），當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝１０時，采用ＬＡＤ[３１：０]（３２位）。

ＬＢＥ[３：０]字節(jié)使能信號是在總線寬度的基礎上編碼的。對于３２位總線，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個字節(jié)被選中：ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應[１５：８]，ＬＢＥ２對應[２３：１６]，ＬＢＥ３對應[３１：２４]；而對于１６位總線，ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對應[１５：８]；對于８位總線，ＬＢＥ０對應地址的第０位，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。

ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對應的片選基地址寄存器（ＣＳＩＢＡＳＥ）。ＣＳＩＢＡＳＥ?０?為片選使能位，其中ＣＳＩＢＡＳＥ[２７：１]為片選空間位。從片選空間位的第１位向第２７位掃描時，遇到第１個“１”即決定了片選空間的大小，其余位則為片選空間的基地址。

ＬＩＮＴ１和ＬＩＮＴ２可通過中斷控制／狀態(tài)寄存器ＩＮＣＳＲ的中斷使能位ＩＮＣＳＲ[６]進行使能，同時可設置其它相關信息。

表3 PCI9052與TMS320C6713的接口信號描述

３　與 ＰＣ的高速數據傳輸

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２的具體連線如圖２所示。

實際上，在具體電路設計時，整個方案的實現除了需要ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３和ＰＣＩ９０５２外，還需要有ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４和ＮＭ９３ＣＳ４６。由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的Ｉ／Ｏ是在３．３Ｖ電壓下工作，而ＰＣＩ９０５２在５Ｖ電壓下工作，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３與ＰＣＩ９０５２之間必須采用ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４進行電平轉換。ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４是ＴＩ公司生產的１０位總線轉換器，它的輸入、輸出引腳一一對應，并分別排列在芯片的兩側封裝。圖２中共選用了三片ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４。ＮＭ９３ＣＳ４６是ＰＬＸ公司生產的串行ＥＥＰＲＯＭ存儲器，用于加載ＰＣＩ９０５２配置信息。其中按一定順序存放著設備號（ＤＩＤ）、供應商代號（ＶＩＤ）、子設備號（ＳＤＩＤ）、子供應商代號（ＳＶＩＤ）、ＰＣＩ總線與局部總線之間的地址空間映射關系、片選地址、控制位、狀態(tài)位及其它雜項配置等。上電時，ＰＣＩ總線的ＲＳＴ信號有效，同時ＰＣＩ９０５２輸出局部復位信號ＬＲＥＳＥＴ，并檢查ＮＭ９３ＣＳ４６是否有效。若有效，且第一個１６位字不是ＦＦＦＦｈ，那么ＰＣＩ９０５０將根據串行ＥＥＰＲＯＭ的值來設置內部寄存器，否則采用默認值。

考慮到ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２間的時序配合問題，通常在連線過程中，還必須注意下列幾個問題：

（１）由于ＰＣ機中數據與地址總線是復用的，所以ＰＣＩ９０５２的ＭＯＤＥ引腳應接地，而ＰＣＩ９０５２中局部數據與地址總線是非復用的，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＡＳ引腳應接高電平。

（２）由于 ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＲ／Ｗ信號與ＰＣＩ９０５２的Ｗ／ Ｒ信號極性相反，因此必須通過非門進行連接。

（３）由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３與ＰＣＩ９０５２分別工作在不同的時鐘頻率下，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＲＤＹ信號輸出必須通過Ｄ觸發(fā)器的同步后才能送入邏輯電路,以供ＰＣＩ９０５２的ＬＲＤＹ信號使用。

（４）ＬＲＤＹ信號的邏輯表達式為：ＬＲＤＹ＝ＲＤ．ＷＲ＋(ＣＳ１＋ＡＤＳ＋ＨＲＤＹ)，因此，只有ＲＤ或ＷＲ有效，且ＣＳ、ＡＤＳ、ＨＲＤＹ也有效時，ＬＲＤＹ才能有效。

另外，要保證ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２的穩(wěn)定協調工作，除了要設計合理的硬件電路外?還必須對ＰＣＩ９０５２的內部寄存器進行準確配置。關于ＰＣＩ９０５２內部寄存器的具體配置方法，可以參考ＰＬＸ公司的用戶手冊，這里不再贅述。

筆者已將該方案應用于某電力系統精確故障定位及錄波裝置中。其中，由ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ芯片構成的高速數據采集卡用來控制電力系統中各電參數的采集、存儲與故障判斷。當其ＨＰＩ被設置為帶地址自增的讀方式時，可在一次故障記錄結束后，由ＰＣ機將存儲在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３外擴ＳＤＲＡＭ中的大量數據一次性讀入。讀入的數據可用來計算故障發(fā)生的精確位置，分析系統中各電參數的變化情況，同時記錄各繼電保護裝置的動作情況。

４　結束語

該方案不僅有效地解決了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ芯片與ＰＣ機間數據傳輸的瓶頸問題，而且簡化了硬件設計。同時由于它支持即插即用技術。因此，由ＤＳＰ構成的高速數據采集卡具有良好的可移植性。