基于PSoC3的多通信接口時的DMA設(shè)計

　　PSoC Creator目前的版本是: PSoC Creator 1.0 Production. 該軟件運行界面如下圖4。

圖4 PSoC Creator 運行界面

　　PSoC Creator提供給用戶的設(shè)計入口如下：

　　● 原理圖編輯器：該編輯器是創(chuàng)建設(shè)計的主要工具。支持對設(shè)計進行原理圖編輯。

　　● 文本編輯器：該工具允許用戶編輯C,匯編，Verilog, C#等語言代碼。

　　● 設(shè)計資源編輯器：該工具用于配置整個設(shè)計的參數(shù)，包括電源，編譯開關(guān)，調(diào)試開關(guān)，F(xiàn)LASH保護信息，以及管腳分配等。

　　● 圖標(biāo)編輯器：允許用戶創(chuàng)建自己的模塊圖標(biāo)

　　● 其他工具：

　　- 原理圖宏編輯器：允許用戶對原理圖設(shè)置不同的宏以完成不同的功能。

　　- 原理圖模板編輯器：允許用戶對原理圖的模板進行編輯

　　- 圖標(biāo)形狀編輯器：允許用戶在創(chuàng)建模塊以及原理圖中使用自定義的形狀。

　　PSoC Creator在用戶通過設(shè)計入口完成設(shè)計之后，對設(shè)計進行一系列的處理并完成最終的結(jié)果輸出。該工具的對工程的構(gòu)建過程如圖5所示。

圖5 PSoC Creator工程構(gòu)建過程

　　從圖5中可以看出，工程構(gòu)建過程包括以下步驟：

　　·通過設(shè)計輸入接口完成設(shè)計

　　·綜合器完成對電路圖的綜合，并進行布局，布線，映射等工作

　　·代碼生成器生成對應(yīng)電路的API控制接口

　　·構(gòu)建器準(zhǔn)備設(shè)計源文件，讀取構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，獲得構(gòu)建配置，庫文件等信息

　　·編譯器完成編譯，鏈接器對生成的文件進行鏈接

　　·輸出配置Hex文件。

　　三、 Cypress PSoC3應(yīng)用于多通訊接口的DMA設(shè)計

　　DMA是PSoC3中用于處理快速數(shù)據(jù)搬運的模塊。DMA的控制器可以在不需要CPU干預(yù)的情況下處理數(shù)據(jù)的傳輸。通過DMA處理數(shù)據(jù)傳輸可以有效地降低CPU的負(fù)擔(dān)，同時也能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間。PSoC3內(nèi)置的DMA可以完成四種基本的數(shù)據(jù)傳輸：

　　·內(nèi)存到內(nèi)存

　　·內(nèi)存到外設(shè)

　　·外設(shè)到內(nèi)存

　　·外設(shè)到外設(shè)

　　PSoC3中，采用PHUB來連接各個內(nèi)部設(shè)備。DMA和CPU都需要使用PHUB來完成數(shù)據(jù)傳輸。PHUB上的兩個主設(shè)備分別是DMA和CPU，而從設(shè)備是內(nèi)存，外設(shè)以及控制和配置寄存器。PSoC3支持多個DMA的通道，DMA主控制器對通道的請求按照優(yōu)先級進行仲裁。單個DMA的通道可以傳輸高達64KB的數(shù)據(jù)。

　　PSoC3的DMA控制器支持如下特性：

　　·支持24個DMA通道

　　·8優(yōu)先級判決

　　·128個事務(wù)描述符

　　8/16/32 位的數(shù)據(jù)傳輸

　　·完全可配置的源和目標(biāo)地址

　　·兼容不同數(shù)端

　　·在完成數(shù)據(jù)傳輸之后能夠生成中斷

　　·DMA 向?qū)軌蚣铀倩贒MA 的開發(fā)

　　·DMA 事務(wù)可以有可編程數(shù)字邏輯或者CPU 觸發(fā)

　　·支持多個DMA 通道和描述符的級聯(lián)以完成復(fù)雜的功能。

　　3.1 在PSoC Creator 中使用DMA

　　PSoC Creator 做為PSoC3 和PSoC5 開發(fā)的設(shè)計工具，其內(nèi)部集成了DMA 模塊來配置DMA 和生成相關(guān)的控制代碼，同時提供的DMA 向?qū)崿F(xiàn)了圖形化操作界面。

　　DMA 模塊位于組件窗口的System 目錄下，如圖所示。

圖6 DMA 模塊位置

　　通過拖曳到原理圖編輯器可以放置DMA 模塊，每次拖曳的DMA 會使用一個通道。DMA 模塊的輸入輸出地址等需要在代碼中進行配置，而通過原理圖配置的都是控制管腳和控制信息。在原理圖上DMA 模塊的表現(xiàn)如下圖7 所示。

圖7 DMA 模塊

　　它的輸入輸出的管腳共有三個。

　　nrq - 輸出管腳。該管教用于表征DMA的傳輸完成，用來通知中斷控制器產(chǎn)生中斷或者用來觸發(fā)其他邏輯。當(dāng)完成傳輸之后DMA會生成一個2個總線周期的脈沖。

　　drq - 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在觸發(fā)條件選擇為硬件的時候才可見。該管腳可以連接到產(chǎn)生DMA事務(wù)請求的模塊，觸發(fā)條件可以配置成電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)。

　　trq - 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在結(jié)束條件選為硬件時才可見。該管腳觸發(fā)之后，DMA會停止數(shù)據(jù)傳輸。

　　在配置完成硬件連接以后，使用配置向?qū)硗瓿蓪MA的如下參數(shù)的配置:

　　·Byte Per Burst - 每次執(zhí)行Burst傳輸傳送的字節(jié)數(shù)

　　·Transaction Descriptor 的數(shù)量

　　·Endian (Big / Little)的配置

　　·傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)

　　·目標(biāo)地址

　　·源地址

　　·地址遞增模式

　　·TD連接模式

　　在PSoC Creator中打開DMA向?qū)?，選擇要配置的DMA，進入第一個頁面如圖8所示。

圖8 DMA 向?qū)?-配置

　　該界面主要配置目標(biāo)和源地址的范圍。支持地址段在SRAM,FLASH,EEPROM中。其次是配置Burst的字節(jié)數(shù)以及該DMA中的事務(wù)描述符的數(shù)量和連接關(guān)系。在完成該步驟之后，會進入下個配置界面，主要配置其他的詳細(xì)參數(shù)。如圖9 所示。

圖9 DMA詳細(xì)配置

　　在圖9中輸入事務(wù)描述符號的參數(shù)。其中最為常用而且重要的參數(shù)包括：源地址，目標(biāo)地址，地址遞增模式，以及事務(wù)描述符的連接模式。在完成該步驟之后，點擊下一步，就會生成相應(yīng)的配置代碼，如圖10所示。

圖10 DMA 生成代碼

　　復(fù)制上述代碼到程序的初始化模塊中，并對需要的地方進行細(xì)微的修改，就可以完成DMA的初始化。在程序運行時，DMA會根據(jù)請求自動把數(shù)據(jù)從源地址搬運到目標(biāo)地址。

　　3.2 DMA應(yīng)用于多通訊端口實例

　　DMA的數(shù)據(jù)傳輸可以極大提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐率。以一個系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)通過SPI接收別的系統(tǒng)的輸入，并通過UART傳送到主機系統(tǒng)中。圖11給出了基于傳統(tǒng)MCU和基于PSoC3 DMA的兩種程序流程圖進行比較（不考慮兩種傳送速率不匹配的情況）。

圖11 (a) 傳統(tǒng)MCU設(shè)計 (b) PSoC3 DMA的設(shè)計

　　傳統(tǒng)的MCU需要初始化SPI和UART通訊模塊，并配置兩者的中斷。當(dāng)SPI的Buffer滿了之后，就產(chǎn)生中斷，中斷程序首先中止新的SPI傳輸，然后檢測UART的Buffer，如果不為空就等待舊的數(shù)據(jù)傳送完。為空之后就把SPI的數(shù)據(jù)復(fù)制到TX Buffer 并打開SPI接收后續(xù)數(shù)據(jù)。

　　基于PSoC3 DMA的設(shè)計中，可以基于原理圖實現(xiàn)上述的邏輯。如圖12所示。

圖12 系統(tǒng)邏輯圖

　　當(dāng)SPI的Full信號和UART的Empty信號同時有效的時候，觸發(fā)DMA傳輸，把SPI Buffer中的數(shù)據(jù)傳送到UART的Buffer中。不需要CPU的干預(yù)就能夠完成多通訊口之間的數(shù)據(jù)共享。

　　該通訊實例只是為了表明DMA在多通訊端口數(shù)據(jù)傳輸中的作用。在實際的實現(xiàn)中，DMA可以操作的通訊端口包括：

　　·USB的端點

　　·UART的Buffer

　　·SPI的Buffer

　　·I2S的Buffer

　　·其他各種自定義的通訊協(xié)議

　　通過DMA可以高效的實現(xiàn)通訊接口之間的如下操作：

　　·各通訊端口之間的數(shù)據(jù)搬移

　　·通訊端口Buffer到PSoC3數(shù)字和模擬模塊之間的傳輸

　　·通訊端口Buffer自動存放到內(nèi)存之中

　　·內(nèi)存到通訊口的數(shù)據(jù)搬移

　　·數(shù)字、模擬模塊到通訊口的數(shù)據(jù)搬移

　　四、 總結(jié)

　　Cypress PSoC3處理器集成了多種可編程的數(shù)字模擬資源以及布線資源，以及一些專用的通訊和控制設(shè)備，可以極大地方便各種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。PSoC Creator作為PSoC3的開發(fā)工具，能夠提供基于原理圖，功能組件的設(shè)計模式。使得用戶能夠用簡單有效的方式來完成復(fù)雜的可編程系統(tǒng)設(shè)計。

　　通訊作為嵌入式系統(tǒng)的重要部分，在傳統(tǒng)設(shè)計中需要占用一定的CPU時間來處理。本文介紹的基于PSoC3的新設(shè)計方式，采用DMA高效的處理嵌入式系統(tǒng)通訊而不占用CPU處理時間，同時還可以基于PSoC3的靈活配置實現(xiàn)多路DMA并行操作以降低系統(tǒng)硬件成本。這種新方式能夠極大地提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐能力和系統(tǒng)運行效率。