DSP與PC間高速串口通信的實(shí)現(xiàn)

摘要：利用UART解決DSP與PC機(jī)間通信時(shí)速率匹配問(wèn)題，并給出了具體實(shí)現(xiàn)電路。

關(guān)鍵詞：DSP UART 串行通信 FIFO

DSP是一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理算法的微處理器芯片，主要優(yōu)點(diǎn)有：硬件乘法器，哈佛總線結(jié)構(gòu)，多種尋址方式，零耗循環(huán)（zero overhead loop），程序執(zhí)行時(shí)間可預(yù)測(cè)等。

正是由于DSP的諸多優(yōu)點(diǎn)能夠滿足密集的數(shù)學(xué)計(jì)算，而且DSP應(yīng)用的另一個(gè)突出特點(diǎn)是實(shí)時(shí)性，使其在通信、雷達(dá)、數(shù)字電視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，而且日益滲透到人們的日常生活的各個(gè)方面。

在實(shí)時(shí)信號(hào)處理中已經(jīng)離不開(kāi)DSP，這些處理系統(tǒng)中包含了各種數(shù)據(jù)通信，例如DSP與DSP間數(shù)據(jù)通信，DSP與PC機(jī)間數(shù)據(jù)通信等。如何能夠快速、準(zhǔn)確的完成通信是每個(gè)硬件工程師所關(guān)心的問(wèn)題。由于DSP的工作頻率較高，如TMS320C6201時(shí)鐘頻率為200MHz，ADSP21060時(shí)鐘頻率為40MHz，故其數(shù)據(jù)讀寫(xiě)周期很短，然而PC機(jī)串口讀寫(xiě)速度較低，最大數(shù)據(jù)吞吐量約為115kbps，盡管DSP在與這些慢速外設(shè)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)可以加入額外的等待周期，但是在實(shí)時(shí)性要求苛刻，算法復(fù)雜的場(chǎng)合，將DSP從這些冗長(zhǎng)的等待周期中解放出來(lái)，將其時(shí)間重點(diǎn)放在處理關(guān)鍵的實(shí)時(shí)任務(wù)中去，有著重要的實(shí)際意義。故DSP與PC機(jī)之間串口通信的速度匹配是保證快速、準(zhǔn)確通信的關(guān)鍵。

PC機(jī)一般帶有一個(gè)或兩個(gè)內(nèi)置串口，每個(gè)端口的機(jī)箱背后有一個(gè)9針或25針的公插口。串口是以bit來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的，傳輸速率取決于UART芯片。該芯片將PC總線上的并行數(shù)據(jù)(單字節(jié)或多字節(jié)）分割成以比特為單位的串行數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)在串口線纜中的數(shù)據(jù)傳輸。

現(xiàn)在幾乎所有的PC機(jī)都帶有16550UART用以實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，它的最大數(shù)據(jù)吞吐量為115kbps，這已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)串行設(shè)備的需要了。

PC16550是國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用異步接收/發(fā)送器（UART)芯片，它不僅能把從CPU接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行并-串轉(zhuǎn)換，還能夠把從外圍設(shè)備或MODEM接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行串-并轉(zhuǎn)換。

該UART包括一個(gè)可編程的波特率產(chǎn)生器，可將輸入的時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行分頻，并可產(chǎn)生16倍的時(shí)鐘來(lái)驅(qū)動(dòng)內(nèi)部的傳輸邏輯單元。同時(shí)它內(nèi)部集成了中斷邏輯，另外通過(guò)對(duì)其內(nèi)部的寄存器的設(shè)置可以完成相應(yīng)功能，這些寄存器主要有：線路控制寄存器、FIFO控制寄存器、中斷使能寄存器、MODEM控制寄存器、線路狀態(tài)寄存器等。因而它可以與大多數(shù)的CPU實(shí)現(xiàn)無(wú)縫接口，使用很方便。PC16550的功能主要包括：

* 工作在FIFO模式時(shí)，接收器/發(fā)送器自帶16字節(jié)的FIFO存儲(chǔ)器，減少了中斷CPU的次數(shù)；

* 串行數(shù)據(jù)位數(shù)可編程，起始位、停止位的長(zhǎng)度，奇偶校驗(yàn)位的有無(wú)可以分別控制；

* 可分別產(chǎn)生數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送、線路狀態(tài)等中斷，各中斷的優(yōu)先級(jí)可設(shè)定；

* 可編程波特率產(chǎn)生器；

* 芯片全部工作狀態(tài)報(bào)告功能；

* 內(nèi)部自診斷功能；

其典型應(yīng)用電路如圖1所示。

DSP與PC機(jī)間串口通信的實(shí)現(xiàn)

在許多DSP的應(yīng)用中需要與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，使用戶通過(guò)PC機(jī)上友好的程序界面來(lái)控制DSP系統(tǒng)的工作、顯示DSP的運(yùn)行結(jié)果等。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，傳輸?shù)乃俣鹊目炻?、誤碼率的大小、效率的高低等都影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)，因此如何高速高效的進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是不容小視的。前面已經(jīng)敘述了由于DSP工作頻率較高，它的讀寫(xiě)時(shí)鐘的脈寬較窄，使數(shù)據(jù)在總線上的鎖存時(shí)間較短。我們開(kāi)始是使用8251芯片來(lái)完成與ADI公司的ADSP21060串行通信，但在實(shí)際應(yīng)用中測(cè)得數(shù)據(jù)傳輸誤碼率較高，系統(tǒng)工作可靠性大受影響。主要是因?yàn)?251的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，不能保證在DSP的讀寫(xiě)周期內(nèi)準(zhǔn)確的將數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存。后來(lái)改用PC16550芯片，就能很好的與DSP匹配，問(wèn)題得到了徹底解決。另外該芯片內(nèi)置FIFO(First-In, First-Out，先進(jìn)先出），能存儲(chǔ)一定量的數(shù)據(jù)后再給DSP中斷，從而節(jié)省了DSP中斷服務(wù)程序的時(shí)間，提高了DSP的工作效率。具體電路如圖2。

DSP通過(guò)外存選擇信號(hào)/MS00來(lái)片選PC16550，通過(guò)信號(hào)對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)操作，PC16550占用DSP的外部存儲(chǔ)器空間。其它一些信號(hào)，如cs0，cs1，rd，wr等可根據(jù)典型應(yīng)用電路所示的連接方式進(jìn)行連接。與MODEM通信的引腳在本系統(tǒng)中沒(méi)有使用，故相應(yīng)引腳懸空即可。在DSP與PC機(jī)串口通信時(shí)先要對(duì)16550進(jìn)行設(shè)置，見(jiàn)下面DSP的匯編程序。

.segment/dm ms0data; /*串口UART*/

.var okdata[512]; /*okdata起始地址為0主00000*/

.endseg;

………

main:

………

/*將line control register的DLABwulf1*/

r0=0x80;b6=okdata;m6=3;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*設(shè)置波特率為9600*/

r0=0xc;b6=okdata;m6=1;l6=0;

dm(i6,m6)=r0;

/*設(shè)置line control register,數(shù)據(jù)8位，停止位1，其他無(wú)*/

r0=0x3;b6=okdata;m6=3;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*設(shè)置FIFO control register,接收4Bytes數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷，將接收/發(fā)送FIFO清零*/

r0=0x47;b6=okdata;m6=2;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*中斷允許*/

r0=0xl；b6=okdata;m6=1;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*向UART寫(xiě)一個(gè)數(shù)據(jù)0Ｘ光5*/

r0=0x55;b6=okdata;m6=0;l6=0;

dm(i6,m6)=r0;

………
本電路硬件和匯編程序都調(diào)試通過(guò)，并成功地應(yīng)用于某毫米波偵察雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)中?？傊?，PC16550能夠方便、靈活并且高效的完成DSP與PC機(jī)間串口的數(shù)據(jù)通信，而且可使用戶實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)MODEM之間接口，實(shí)行數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。