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DMA結(jié)合McBSP在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的應(yīng)用設(shè)計(jì)
摘 要：本文介紹了TMS320VC5402 DSP的存儲器直接存儲控制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（以下簡稱C5402）是該公司TMS320C54x系列DSP的代表產(chǎn)品，它以其極高的性價比而成為目前應(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)后對其進(jìn)行處理。采用查詢方式采集數(shù)據(jù)會占用大量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)的每個時刻還是由CPU來完成，同時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的存儲器直接存儲控制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存儲器直接存儲控制DMA能在不占用CPU資源的情況下，實(shí)現(xiàn)DSP存儲器間數(shù)據(jù)的自由傳送。C5402有6個可獨(dú)立編程的DMA通道，每個DMA通道受各自的5個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)部存儲器、外部存儲器、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)部存儲器、外部存儲器、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)的個數(shù)為DMCTR寄存器的值加1個。
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)所含幀信號的個數(shù)：
DBLW位設(shè)置DMA工作在單字模式（=0b）或雙字模式（=1b）。工作在單字模式時每個數(shù)據(jù)單元設(shè)置為16位，雙字模式時每個數(shù)據(jù)單元設(shè)置為32位。
Frame Count位設(shè)置每塊數(shù)據(jù)所含幀信號的個數(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：定時器0中斷事件。
1110b：外部中斷3（INT3）中斷事件。
1111b：定時器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自動初始化設(shè)置位，可設(shè)置成自動初始化使能（=1b）和自動初始化不使能（=0b）。當(dāng)DMA工作在自動初始化模式時，CPU在一個DMA事件完成后自動裝載下一個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DMA中斷被屏蔽，當(dāng)DINM=1時中斷按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調(diào)整方式，可選擇如下方式：不調(diào)整（=000b）、訪問后自動加1（=001b）、訪問后自動減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個通道還受通道優(yōu)先級和使能控制寄存器DMPREC控制。在這個寄存器中相應(yīng)的DPRC位置1選擇相應(yīng)的通道為高優(yōu)先級，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)
在這個系統(tǒng)中，使用的A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換芯片是語音信號編碼解碼芯片TLC320AD50。它是TI公司生產(chǎn)的一個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提供兩個高速、全雙工、多通道緩沖串行口McBSP。它依靠三個信號實(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）和移位時鐘線CLK（R/X）。DX和DR引腳完成與外部設(shè)備進(jìn)行通信時數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，由CLKX、CLKR、FSX、FSR實(shí)現(xiàn)時鐘和幀同步的控制。發(fā)送數(shù)據(jù)時，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，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。
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)存儲區(qū)來完成數(shù)據(jù)采集。DMA在傳送外部來的數(shù)據(jù)時不會影響CPU的正常運(yùn)行，當(dāng)DMA采集完一組規(guī)定個數(shù)的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生一個DMA中斷事件中斷CPU，來通知CPU對其進(jìn)行相應(yīng)的處理，此時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)行在時鐘自由運(yùn)行狀態(tài)下，接收/發(fā)送幀同步信號和移位時鐘信號都由外界驅(qū)動，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。
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)個數(shù)為0100h個
stm #5000h， 56h ；設(shè)置McBSP1接收同步模式，一幀接收一個字
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，簡化軟件設(shè)計(jì)，有效地利用DSP的硬件資源，提高信號采集系統(tǒng)的執(zhí)行效率,已經(jīng)在本校信號處理實(shí)驗(yàn)室的DSP系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。
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