TMS320VC54x處理器McBSP接口的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

　　簡(jiǎn)介：以低速語(yǔ)音編解碼系統(tǒng)為例,介紹了TMS320VC54x數(shù)字信號(hào)處理器的多通道緩沖串口的軟硬件設(shè)計(jì),給出了具體的設(shè)計(jì)思想和實(shí)現(xiàn)方法。

　　模數(shù)接口是數(shù)字信號(hào)處理(DSP)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分,其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)直接影響到信號(hào)處理的質(zhì)量,許多A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片都采用并行的數(shù)字接口,與DSP接口時(shí)需要設(shè)計(jì)相應(yīng)的譯碼電路。TMS320VC54x系列芯片配備了多通道帶緩沖能力的串行口(MultichannelBufferedSerialPort,McBSP),為設(shè)計(jì)模數(shù)接口提供了極大的便利。

　　McBSP具有雙向的自動(dòng)緩沖單元,緩沖單元有自己的循環(huán)尋址寄存器組,用來(lái)將串行口和C54x內(nèi)部存儲(chǔ)器之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彺?。同時(shí)McBSP的功能非常強(qiáng)大,除具有一般DSP串口功能之外,還可以支持T1/E1,ST-BUS,IOM2,SPI,HS等不同標(biāo)準(zhǔn);為便于進(jìn)行多通道的數(shù)字信號(hào)處理,McBSP最多支持128個(gè)通道;支持多種數(shù)據(jù)格式(8/12/16/20/24/32b)的傳輸;可自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音的μ律、A律壓擴(kuò);其工作速率可達(dá)到1/2CPU時(shí)鐘速率。這些特性為設(shè)計(jì)A/D,D/A接口電路提供了很大的靈活性。

　　下面具體以語(yǔ)音編解碼器為例來(lái)說(shuō)明McBSP的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

　　1語(yǔ)音編解碼系統(tǒng)及McBSP接口的硬件設(shè)計(jì)

　　低速率語(yǔ)音編解碼器是一種能夠?qū)鹘y(tǒng)的模擬語(yǔ)音信號(hào)(帶寬為0.3～3.4kHz)實(shí)時(shí)壓縮編碼成1.2～9.6kb/s數(shù)據(jù)比特流,而保持相當(dāng)語(yǔ)音質(zhì)量的語(yǔ)音編解碼系統(tǒng)。由于他大大壓縮了傳輸數(shù)字語(yǔ)音所需的帶寬,便于實(shí)現(xiàn)高保密度的語(yǔ)音通信,因此在語(yǔ)音的保密通信、多媒體通信和移動(dòng)通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。

　　如圖1所示,語(yǔ)音采樣芯片TP3067和數(shù)字信號(hào)處理器TMS320VC5409組成了一個(gè)語(yǔ)音編解碼系統(tǒng)。在模擬端口一側(cè),模擬語(yǔ)音輸入采用同相輸入,經(jīng)過(guò)話筒前置放大器(microphonepreamplifier)放大后,從VFxI+管腳輸入;模擬語(yǔ)音的輸出也采用同相輸出,經(jīng)過(guò)兩級(jí)放大后由VPO+輸出,輸出端可以驅(qū)動(dòng)阻抗為600Ω的揚(yáng)聲器。

　　TP3067是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體(NationalSemicodductor)公司生產(chǎn)的PCMCODEC芯片,具有串行的I/O接口,供電、功耗低于70mW,而且具有自動(dòng)斷電功能,內(nèi)部設(shè)計(jì)有性能良好的電源濾波電路,能夠?qū)崿F(xiàn)A律PCM編碼和解碼。TP3067對(duì)話音進(jìn)行8kHz采樣,即每0.125ms一次,每次采樣編成8b編碼,′C5409接收后,變換成線性的16b,每20ms組成1幀,共需TP3067進(jìn)行160次采樣。TMS320VC5409提供的串行口包括數(shù)據(jù)輸入BDR,數(shù)據(jù)輸出BDX,接收時(shí)鐘BCLKR,發(fā)送時(shí)鐘BCLKX,接收同步時(shí)鐘BFSR和發(fā)送同步時(shí)鐘BFSX。TPS3067的幀同步有2步方式(longframesync)。而TMS320VC5409的多通道自動(dòng)緩沖串口的工作方式,可以通過(guò)發(fā)送和接收寄存器靈活配置幀長(zhǎng)度、幀周期以及接收發(fā)送時(shí)鐘沿。如圖1所示對(duì)接后,只要在系統(tǒng)初始化時(shí)正確配置寄存器,就可以保證串行數(shù)據(jù)的輸入輸出。TP3067數(shù)字端口一側(cè),MCLKR/PDN和MCLKX相連,同時(shí)相連的還有BCLKR,BCLKX,也就是忽略MCLKR/PDN的POWERUP和POWERDOWN功能,由′VC5409提供接收發(fā)送時(shí)鐘及同步時(shí)鐘。以上2個(gè)時(shí)鐘的值可以通過(guò)軟件設(shè)置McBSP控制寄存器SRGR1和SRGR2設(shè)定并更改。

　　2系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)

　　2.1中斷服務(wù)程序

　　由于整個(gè)語(yǔ)音編解碼系統(tǒng)需要用到串行口中斷以及定時(shí)器中斷等多種中斷方式,必須在中斷向量表中說(shuō)明中斷發(fā)生時(shí)如何進(jìn)入中斷服務(wù)程序。地址為0x001D的寄存器PMST(ProcessorModeStaTusRegister)的高9位為中斷向量指針I(yè)PTR可以決定向量表的位置。對(duì)于C54x,可以任意修改IPTR地址來(lái)表示1個(gè)128B的頁(yè),決定中斷向量表的地址。例如,′C5409硬件復(fù)位后PMST的15～7b全為1,所以中斷向量表的位置在0xFF80。初始化時(shí),系統(tǒng)所有的中斷都被屏蔽掉。將中斷向量表映射到程序空間的0x0080,所以修改IPTR為0x01。中斷向量表中每一個(gè)中斷矢量有4B的空間,足夠放2個(gè)大小為1B的延遲跳轉(zhuǎn)指令和1個(gè)2B的延遲跳轉(zhuǎn)指令,還有1條1B的從中斷返回的指令RETE。系統(tǒng)初始化以后,如果允許中斷,將狀態(tài)寄存器(ST1)的INTM位置0,中斷屏蔽寄存器(IMR)對(duì)應(yīng)的比特位置1,該中斷就可以響應(yīng)。中斷產(chǎn)生后,先到中斷矢量表中尋址到該中斷,然后跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序,中斷結(jié)束返回到中斷矢量表,再返回到主程序,從中斷發(fā)生處繼續(xù)向下運(yùn)行。

　　2.2McBSP的軟件設(shè)計(jì)

　　McBSP在結(jié)構(gòu)上可以分為一個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)控制通道。數(shù)據(jù)通道完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,主要是通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器DXR1/2和數(shù)據(jù)接收寄存器DRR1/2。控制通道完成的任務(wù)包括內(nèi)部時(shí)鐘的產(chǎn)生、幀同步信號(hào)產(chǎn)生、對(duì)這些信號(hào)的控制以及多通道的選擇等?？刂仆ǖ肋€負(fù)責(zé)產(chǎn)生終端信號(hào)送往CPU。對(duì)′C5409串行口的操作也是通過(guò)設(shè)置各控制寄存器來(lái)進(jìn)行的。這些控制寄存器有串行口控制寄存器SPCR1/2;接收控制寄存器RCR1/2;發(fā)送控制寄存器XCR1/2;多通道寄存器MCR1/2等。對(duì)某一控制寄存器尋址,只能采用加子地址尋址方式,即先將要尋址的寄存器子地址寫入McBSPx的地址寄存器,再將數(shù)據(jù)寫入McBSPx的數(shù)據(jù)寄存器。例如要將0x0001寫入McBSP0的接收控制寄存器RCR0,先在地址為0x0038的SPSA0中寫入RCR0的子地址0x0002,再將0x0001寫入地址為0x0039的SPSD0寄存器。

　　McBSP的寄存器初始化應(yīng)該和系統(tǒng)軟件的初始化一起進(jìn)行,由于寄存器比較多,通過(guò)匯編源代碼,逐行說(shuō)明串行口初始化軟件的流程。

　　以上完成了寄存器的設(shè)置,在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前,先將中斷屏蔽寄存器(IMR)的串行發(fā)送中斷位BXINT0和串行接收中斷位BRINT0置1,中斷使能,這樣有串行數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器DXR1中準(zhǔn)備發(fā)送時(shí),或數(shù)據(jù)接收寄存器DRR1接收到數(shù)據(jù)時(shí),中斷標(biāo)志寄存器(IFR)的BXINT0或BRINT0位置1。在進(jìn)入發(fā)送中斷服務(wù)程序時(shí),主要是將話音數(shù)據(jù)分割成16b為1B,依次送到DXR1中,用一個(gè)緩沖區(qū)加一個(gè)指針就可以實(shí)現(xiàn),發(fā)送一幀就將IFR的BXINT0清0;接收中斷服務(wù)程序,是將接收的數(shù)據(jù)緩存,形成160B的20ms幀,再送入聲碼器處理,同樣接收1個(gè)字就將IFR的BRINT0清零。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)以上的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了低速語(yǔ)音編解碼器,并將他應(yīng)用于移動(dòng)通信系統(tǒng)中,聲音效果良好。同時(shí),以上的設(shè)計(jì)具有一定的通用性,應(yīng)用于其他目的的數(shù)字信號(hào)處理時(shí),只需更改一下相應(yīng)寄存器的值,便可以使用。