嵌入式 FIFO 數據傳輸系統設計

嵌入式設備在DSP中實(shí)現嵌入式設備還比較少，一般DSP都直接集成這些設備模塊，用戶(hù)選擇不同型號的DSP芯片以滿(mǎn)足產(chǎn)品應用要求。但對于一些較為特殊的嵌入式設備，DSP也可以實(shí)現該功能。本文以dMAX和EMIF接口的數據傳輸為例，介紹嵌入式FIFO的設計、配置及其使用。

dMAX及其結構
dMAX（Dual Data Movement Accelerator，雙向數據傳輸加速器）是TI公司的DSP芯片C6727B特有的一種片內設備。應用dMAX和EMIF（External Memory Interface，外部存儲器接口）可以實(shí)現片內RAM、片內和片外設備以及兩個(gè)片外設備之間的數據傳輸。dMAX模塊的內部結構如圖1所示。

圖1 dMAX內部結構圖

從圖中可以看出，dMAX主要由事件和中斷處理模塊、事件編碼器、傳輸事件模塊等組成。事件模塊分成高優(yōu)先級和低優(yōu)先級兩個(gè)相互獨立的模塊，各自有獨立的事件入口和事件參數表，和CPU有獨立的接口。使得dMAX可以同時(shí)處理兩個(gè)不同的事件。當訪(fǎng)問(wèn)CPU端口時(shí)，MAX0的優(yōu)先級高，MAX1的優(yōu)先級低。dMAX能夠通過(guò)執行先進(jìn)的一維、二維與三維數據的存儲器傳輸工作，從而使DSP得以專(zhuān)注于信號處理任務(wù)，顯著(zhù)提高系統性能。適合圖像的子幀提取或者語(yǔ)音信號的子信道提取。

DSP內部的數據交換中心在dMAX的控制下，可以實(shí)現片內RAM、EMIF以及HPI接口之間的數據交換。本文介紹在dMAX控制下，實(shí)現片內RAM和EMIF接口之間的數據交換。如果DSP采用普通的異步接口方式，數據傳輸需要建立、選通和保持3個(gè)階段，最少需要5個(gè)EMIF時(shí)鐘（建立和保持各1個(gè)時(shí)鐘，選通3個(gè)時(shí)鐘）。為了保證通信的可靠性，一般采用10個(gè)EMIF時(shí)鐘（建立3個(gè)時(shí)鐘，保持2個(gè)時(shí)鐘，選通5個(gè)時(shí)鐘）。而EMIF時(shí)鐘最快為133MHz；這樣，采用異步接口的通信速率一般為13.3M×32b/s（采用32位數據總線(xiàn)寬度）。此外，異步接口數據傳輸必須在CPU的參與下，使用指令實(shí)現數據搬移。將占用大量的CPU開(kāi)銷(xiāo)，在很多高速的數據采集和處理中，將降低系統的整體性能。為此，采用dMAX實(shí)現嵌入式FIFO數據傳輸克服異步傳輸的缺點(diǎn)，其傳輸采用突發(fā)讀寫(xiě)方式進(jìn)行，可以連續突發(fā)讀寫(xiě)8個(gè)數據，一共只需要20個(gè)時(shí)鐘，通信速率提高為53.2M×32b/s，提高4倍讀寫(xiě)速率。還可以采用和DMA后臺運行，這樣將大大降低整個(gè)系統數據讀寫(xiě)的開(kāi)銷(xiāo)，從而可以實(shí)現更加復雜和可靠的算法處理。

嵌入式FIFO設計
嵌入式FIFO的設計主要就是控制FIFO的7個(gè)參數。這7個(gè)參數分別為基地址、空間大小、空標志、滿(mǎn)標志、錯誤標志、讀指針和寫(xiě)指針。它們之間的關(guān)系如圖2所示。

圖2 FIFO結構示意圖

基地址和空間大小用于規劃出一段內存空間，該內存空間用于FIFO設備，并被FIFO設備保護起來(lái)，使得其他設備和程序不能訪(fǎng)問(wèn)該空間。為了便于操作方便，空間大小一般為2的整數次冪，但不做要求。具體到C6727B型號的DSP，空間大小最大為1M個(gè)元素，元素大小可以是8位、16位或者32位數據，不能為其他類(lèi)型的數據?；刂房梢詾閮却婵臻g的任何一個(gè)地址，同樣為了操作方便，一般為空間大小的邊界點(diǎn)。例如，8個(gè)元素的FIFO，其基地址一般為XXXXX000b，也就是地址的低3位為0，基地址就肯定為8的整數次。同樣，64個(gè)元素的FIFO，其低6位為0?；刂泛涂臻g大小的特殊要求避免訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的地址跨越多頁(yè)問(wèn)題，可以提高FIFO的訪(fǎng)問(wèn)速度。

空標志和滿(mǎn)標志用于表示FIFO的存儲狀態(tài)。讀指針和寫(xiě)指針用于表示讀寫(xiě)的當前地址。錯誤標志表示對FIFO的錯誤操作。當FIFO處于滿(mǎn)標志情況下仍然寫(xiě)FIFO，或者FIFO處于空標志情況下仍然讀FIFO，FIFO都將終止當前操作，并將錯誤標志置位。

FIFO的寫(xiě)操作只有一種工作方式，即每次寫(xiě)一個(gè)新的數據，寫(xiě)指針加1，直到寫(xiě)滿(mǎn)。而FIFO讀操作有兩種工作方式，分別為標準操作和多階延遲（Multi-tap Delay Transfer）操作。標準操作和寫(xiě)操作一樣。多階延遲操作一般用于濾波處理，當需要對輸入信號進(jìn)行濾波處理時(shí)候，每次希望從FIFO讀取一段窗口的數據，進(jìn)行濾波處理，數據窗口仍然只移動(dòng)一個(gè)數據。在標準操作情況下，如果讀取一段窗口的數據，FIFO則將該段窗口的數據全部彈出。多階延遲操作則只彈出一個(gè)數據。該操作方法對語(yǔ)音或者AD采樣數據的平滑、FIR等濾波非常適用。需要注意的是，多階延遲操作的數據窗大小需要設置，如果FIFO存儲的數據個(gè)數小于數據窗，FIFO則終止當前操作，并給出錯誤標志。