低功耗通用語(yǔ)音處理平臺的設計實(shí)現
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時(shí)間：2011-01-13
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
系統的主要數字信號處理芯片TMS320VC5510A與TMS320VC54X相比，功耗更低，代碼執行效率更高，而且與TMS320VC54X的指令完全兼容，具有以下特點(diǎn)。
(1)資源豐富。32位寬的外部存儲器接口(EMIF)，2個(gè)20位寬的定時(shí)器，6通道的DMA控制器和3個(gè)多通道緩沖串口（McBSP），16位增強主機并行接口（EHPI），8個(gè)通用管腳（GPIO）。
(2)數據處理能力強而且運算速度快。TMS320VC5510A采用了改進(jìn)的哈佛結構，C55X的DSP在一個(gè)總線(xiàn)周期內同時(shí)進(jìn)行3個(gè)數據讀和2個(gè)數據寫(xiě)的操作，采用了并行的雙MAC結構，提供了更強大的并行處理能力。
(3)功耗低。TMS320VC5510A采用高性能靜態(tài)CMOS技術(shù)，I/O供電電壓為3.3V，內核供電電壓為1.6V，而且有多種低功耗工作模式，有效地降低了系統功耗。內核靜態(tài)功耗為0.112mA/MIPS，I/O靜態(tài)功耗為0.148mA/MIPS。內核動(dòng)態(tài)功耗約為0.628mA /MIPS。
為了增加平臺的控制功能和擴充能力，采用了TI公司的微控制器MSP430F149。該芯片是TI公司的一種超低功耗的Flash微控制器，內核為16位RISC CPU。其存儲器模塊是目前業(yè)界所有內部集成Flash存儲器產(chǎn)品中能耗最低的一種，具有超低功耗工作模式即活動(dòng)模式(僅MSP430)且：400?滋 A/MHz，3.0V。MSP430F149可以提供5種工作模式，最低功耗消耗可達1?滋A/MHz；采用IAR開(kāi)發(fā)環(huán)境，可以直接進(jìn)行C語(yǔ)言編程，開(kāi)發(fā)起來(lái)方便快捷。
2.2 CODEC與DSP的接口電路設計
由于CODEC(TLV320AIC10)與DSP(TMS320VC5510A)都是TI公司提供的高速芯片，因此二者在速度和時(shí)序上可完全匹配，能實(shí)現芯片間的無(wú)縫連接(二者的連接示意圖見(jiàn)圖2)。
其中TLV320AIC10的工作時(shí)鐘由MSP430F149通過(guò)內部分頻向TLV320AIC10的MCLK提供2.048MHz的時(shí)鐘作為系統時(shí)鐘。TLV320AIC10工作在主模式下，向TMS320VC5510A提供串行時(shí)鐘SCLK和幀同步信號FS。幀同步信號FS由 TLV320AIC10內部256分頻后通過(guò)FS管腳輸出，是脈寬為一個(gè)SCLK時(shí)鐘的8 000Hz正脈沖信號。TLV320AIC10的復位信號由DSP的通用I/O管腳提供，PWRDWN管腳用于控制TLV320AIC10的工作狀態(tài)：該管腳置低，TLV320AIC10停止工作，處于IDLE狀態(tài)，達到節省功耗的目的；該管腳置高，TLV320AIC10處于正常工作模式。本例中在該管腳處加了一個(gè)上拉電阻，以確保TLV320AIC10處于正常工作狀態(tài)。
DSP采用McBSP0與TLV320AIC10相連接，該McBSP0通用串口工作在從模式。BCLKR0/BCLKX0分別是通用串口接收和發(fā)送的移位時(shí)鐘，BFSR0/BFSX0分別是接收和發(fā)送的幀同步信號，BDR0是接收數據引腳，BDX0是發(fā)送數據引腳。接收來(lái)的數據可以由幀同步信號觸發(fā)中斷，由中斷服務(wù)程序進(jìn)行讀寫(xiě)；也可以通過(guò)DMA通道直接轉換到特定的緩沖區中。
TLV320AIC10的幀可分為主幀和從幀。在主幀中進(jìn)行采樣數據的傳輸，在從幀中對TLV320AIC10的內部寄存器進(jìn)行配置。當 TLV320AIC10工作在15＋1位模式時(shí)，主幀的最后1個(gè)位決定主幀之后的下一個(gè)幀是從幀還仍然是一個(gè)主幀。在TLV320AIC10初始化過(guò)程中，通過(guò)這種方式對其進(jìn)行初始化，配置TLV320AIC10內部的4個(gè)寄存器。DSP配置TLV320AIC10寄存器的過(guò)程如圖3所示。
TLV320AIC10 初始化流程圖
圖3 TLV320AIC10 初始化流程圖
DSP主程序配置完TLV320AIC10的內部寄存器以后，會(huì )設置相應的中斷處理程序，打開(kāi)相應的中斷屏蔽，通過(guò)中斷服務(wù)程序進(jìn)行語(yǔ)音樣點(diǎn)的傳輸。
2.3 MCU與DSP的接口電路及通信方式
DSP(TMS320VC5510A)提供了增強型主機接口(EHPI)，可以工作在數據地址復用和不復用2種模式。在本例中采用了數據地址復用方式。MCU(MSP430F149）與DSP EHPI具體連接方式如圖4所示，EHPI的接口時(shí)序如圖5所示。
MSP430F149 與TMS320VCAA10A EBPI 連接示意圖
圖4 MSP430F149 與TMS320VCAA10A EBPI 連接示意圖
EHIP 接口時(shí)序圖
圖5 EHIP 接口時(shí)序圖
主機接口的關(guān)鍵控制信號線(xiàn)功能簡(jiǎn)述如下。
HD[15：0]：HPI數據線(xiàn)，雙向，三態(tài)總線(xiàn)。在復用模式下，通過(guò)這16位總線(xiàn)傳輸地址和數據。
HA[19：0]：HPI地址總線(xiàn)。在復用模式下，HA[1]用作HCNTL1信號線(xiàn)，HA[2]用作HAS信號線(xiàn)。
HCS：HPI的片選信號線(xiàn)。作為MCU訪(fǎng)問(wèn)DSP時(shí)的片選信號，在訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程中一直保持為低。本例中為了節省主機的I/O口線(xiàn)，將其一直接低。
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