DMA結(jié)合McBSP在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)

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）、訪問后自動(dòng)加1（=001b）、訪問后自動(dòng)減1（=010b）、訪問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)來完成數(shù)據(jù)采集。DMA在傳送外部來的數(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

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。