DMA結合McBSP在數據采集系統中的應用設計
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作者Email: zk9729@yahoo.com.cn 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結合多通道緩沖串行口McBSP組成的數據采集系統的設計方案，該設計具有設計靈活、硬件簡(jiǎn)單、CPU執行效率高的特點(diǎn)。 1.引 言 通用數字信號處理器（DSP）以其強大的數據處理能力在高速數字信號處理方面得到廣泛的應用。美國TI公司是DSP領(lǐng)域影響最大的公司之一，TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5402）是該公司TMS320C54x系列DSP的代表產(chǎn)品，它以其極高的性?xún)r(jià)比而成為目前應用最為廣泛的DSP芯片之一。 在以C5402 DSP為核心組成的數據采集系統中，用戶(hù)一般需要在采集完一段數據后對其進(jìn)行處理。采用查詢(xún)方式采集數據會(huì )占用大量CPU的資源，采用中斷方式來(lái)采集數據雖可以提高CPU的利用率，但是在采集數據的每個(gè)時(shí)刻還是由CPU來(lái)完成，同時(shí)降低了程序的可讀性。本文設計的數據采集系統利用C5402的存儲器直接存儲控制DMA與多通道緩沖串行口McBSP結合來(lái)設計系統，使得CPU正常工作與DMA數據采集并行進(jìn)行，提高了DSP的運行效率。 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DSP存儲器間數據的自由傳送。C5402有6個(gè)可獨立編程的DMA通道，每個(gè)DMA通道受各自的5個(gè)16位寄存器控制：源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、單元計數寄存器DMCTR、同步事件和幀計數寄存器DMSFC、發(fā)送模式控制寄存器DMMCR。 1. 源地址寄存器DMSRC規定DMA要傳送源數據的首地址。這些地址可以指向DSP內部存儲器、外部存儲器、片內外設和一些特殊的外部裝置。 2. 目的地址寄存器DMDST規定DMA要傳送數據目的地址的首地址。這些目的地址可以是DSP內部存儲器、外部存儲器、片內外設和一些特殊的外部裝置。 3. 單元計數寄存器DMCTR規定DMA傳送數據的個(gè)數為DMCTR寄存器的值加1個(gè)。 4. 同步事件和幀計數寄存器DMSFC規定DMA傳送數據的同步事件類(lèi)型和傳送一塊數據所含幀信號的個(gè)數： DBLW位設置DMA工作在單字模式（=0b）或雙字模式（=1b）。工作在單字模式時(shí)每個(gè)數據單元設置為16位，雙字模式時(shí)每個(gè)數據單元設置為32位。 Frame Count位設置每塊數據所含幀信號的個(gè)數。 DSYN位設置選擇如下方式作為DMA同步事件： 0000b：無(wú)同步事件。 5.傳輸模式控制寄存器DMMCR規定了DMA通道的傳輸模式： AUTOINIT位是DMA自動(dòng)初始化設置位，可設置成自動(dòng)初始化使能（=1b）和自動(dòng)初始化不使能（=0b）。當DMA工作在自動(dòng)初始化模式時(shí)，CPU在一個(gè)DMA事件完成后自動(dòng)裝載下一個(gè)DMA初始化設置并繼續進(jìn)行數據傳送。 DINM位和IMOD位設置DMA中斷產(chǎn)生方式。DINM=0時(shí)DMA中斷被屏蔽，當DINM=1時(shí)中斷按IMOD位設置產(chǎn)生。 CTMOD位設置發(fā)送計數模式控制，DMA可工作在多幀模式（=0b）和自動(dòng)緩沖ABU模式（=1b）。 SIND位和DIND位用來(lái)設置源地址和目的地址的自動(dòng)調整方式，可選擇如下方式：不調整（=000b）、訪(fǎng)問(wèn)后自動(dòng)加1（=001b）、訪(fǎng)問(wèn)后自動(dòng)減1（=010b）、訪(fǎng)問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX0的設置進(jìn)行調整（=011b）、訪(fǎng)問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX1的設置進(jìn)行調整（=100b）、訪(fǎng)問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX0和幀地址索引寄存器DMFRI0的設置進(jìn)行調整（=101b）、訪(fǎng)問(wèn)后按照單元地址索引寄存器DMIDX1和幀地址索引寄存器DMFRI1的設置進(jìn)行調整（=110b）、保留（=111b）。 DMS位和DMD位用來(lái)選擇源數據和目的數據所存的空間，可選擇成程序空間（=00b）、數據空間（=01b）、I/O空間（=10b）或保留（11b）。 此外，DMA的6個(gè)通道還受通道優(yōu)先級和使能控制寄存器DMPREC控制。在這個(gè)寄存器中相應的DPRC位置1選擇相應的通道為高優(yōu)先級，相應的DE位置1選通相應的通道為使能通道并開(kāi)始工作。 3. 接口設計 在這個(gè)系統中，使用的A/D數據轉換芯片是語(yǔ)音信號編碼解碼芯片TLC320AD50。它是TI公司生產(chǎn)的一個(gè)16位、音頻范圍、內含抗混疊濾波器和重構濾波器的串行模擬接口芯片。它完成語(yǔ)音信號的數字化采樣，并將轉換完的數據傳給DSP進(jìn)行后續處理。 C5402提供兩個(gè)高速、全雙工、多通道緩沖串行口McBSP。它依靠三個(gè)信號實(shí)現發(fā)送數據和接收數據：數據線(xiàn)D（R/X）、幀同步線(xiàn)FS（R/X）和移位時(shí)鐘線(xiàn)CLK（R/X）。DX和DR引腳完成與外部設備進(jìn)行通信時(shí)數據的發(fā)送和接收，由CLKX、CLKR、FSX、FSR實(shí)現時(shí)鐘和幀同步的控制。發(fā)送數據時(shí)，CPU將要發(fā)送的數據寫(xiě)到發(fā)送數據寄存器DXR，在FSX和CLKX作用下，由DX引腳輸出。接收數據時(shí)，來(lái)自DR引腳的數據在FSR和CLKR作用下，從數據寄存器DRR中讀出數據。CLKX、CLKR、FSX、FSR既可以由內部采樣率發(fā)生器產(chǎn)生，也可以由外部設備驅動(dòng)。 設置DMA1通道與McBSP1通道結合來(lái)讀取TLC320AD50轉換完的數據。選擇McBSP1通道的接收寄存器DRR11（41h）為DMA傳送數據的首地址，并選擇源地址工作在訪(fǎng)問(wèn)后不調整方式，選擇DMA通道同步事件McBSP1接收事件為DMA同步事件，來(lái)實(shí)現DMA和McBSP的結合。TLC320AD50轉換完的數據按McBSP1的設置被送到C5402內部接收寄存器DRR11中，再由DMA將DRR11中的數讀到指定數據存儲區來(lái)完成數據采集。DMA在傳送外部來(lái)的數據時(shí)不會(huì )影響CPU的正常運行，當DMA采集完一組規定個(gè)數的數據后產(chǎn)生一個(gè)DMA中斷事件中斷CPU，來(lái)通知CPU對其進(jìn)行相應的處理，此時(shí)DMA可以按照設定繼續采集下一組數據，實(shí)現了數據采集與CPU處理的并行操作。圖1為系統硬件接口設計。 4. 軟件設計 本系統軟件由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據處理程序構成。圖2為本系統軟件流程圖。 C5402初始化程序完成DSP堆棧、CPU時(shí)鐘和運行狀態(tài)的設置。 McBSP1初始化程序設置McBSP1的工作狀態(tài)：運行在時(shí)鐘自由運行狀態(tài)下，接收/發(fā)送幀同步信號和移位時(shí)鐘信號都由外界驅動(dòng)，每幀一字，每字16位，接收數據和發(fā)送數據都無(wú)延時(shí)。 TLC320AD50初始化程序完成TLC320AD50相關(guān)寄存器的設置：選擇INP/INM為模擬信號輸入端，15+1位ADC和15+1位DAC模式，工作在主機模式，不帶從機，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： …… 5. 結束語(yǔ) 本文提出的DMA結合多通道緩沖串行口McBSP組成數據采集系統的實(shí)現方法，大大減少CPU的工作量，簡(jiǎn)化軟件設計，有效地利用DSP的硬件資源，提高信號采集系統的執行效率,已經(jīng)在本校信號處理實(shí)驗室的DSP系統中得到很好的應用。 |
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