基于DSP與PC機的PCI總線(xiàn)高速數據傳輸

TMS320C6713是ＴＩ公司在TMS320C6711的基礎上推出的Ｃ６０００系列新一代浮點(diǎn)DSP芯片，它是目前為止Ｃ６０００系列DSP芯片中性能最高的一種。TMS320C6713可在２５５ＭＨｚ的時(shí)鐘頻率下實(shí)現１８００ＭＩＰＳ／１３５０ＭＦＬＯＰＳ的定點(diǎn)和浮點(diǎn)運算，因而可極大地滿(mǎn)足通信、雷達、數字電視等高科技領(lǐng)域對信號處理實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)其主機口（HPI）可靈活地和ＰＣＩ總線(xiàn)控制器相連接。而ＰＣ機則可通過(guò)ＰＣＩ總線(xiàn)控制器直接訪(fǎng)問(wèn)TMS320C6713的存儲空間和外圍設備，從而實(shí)現ＰＣ機與TMS320C6713之間的高速數據傳輸。

在TMS320C6713 DSP與ＰＣ機實(shí)現高速數據傳輸的方案中，可選用ＰＬＸ公司的PCI9052作為兩者之間的接口；同時(shí)選用ＰＬＸ公司的ＮＭ９３ＣＳ４６作為加載PCI9052配置信息的串行ＥＥＰＲＯＭ；而用ＴＩ公司的SN74CBTD3384作為 PCI9052與TMS320C6713HPI之間的電平轉換芯片。

１　TMS320C6713的HPI簡(jiǎn)介

１．１ TMS320C6713 HPI的接口信號

TMS320C6713的HPI是一個(gè)１６位寬的并行端口。主機（上位機）掌管著(zhù)該端口的主控權，可通過(guò)HPI直接訪(fǎng)問(wèn)TMS320C6713的存儲空間和外圍設備。表１給出了TMS320C6713HPI接口信號的基本特征。下面對它們的具體工作方式進(jìn)行說(shuō)明：

ＨＤ[１５：０]：可以用作數據和地址的共用總線(xiàn)，通過(guò)ＨＤ[１５：０]傳送的數據包括控制寄存器的設置值、初始化的訪(fǎng)問(wèn)地址以及要傳輸的數據。

ＨＣＮＴＬ[１：０]：用于控制當前訪(fǎng)問(wèn)的是HPI的哪一個(gè)寄存器，該信號同時(shí)還提供了一個(gè)對HPI數據寄存器（HPIＤ）進(jìn)行地址自增的訪(fǎng)問(wèn)方式。在該方式下，主機會(huì )連續地訪(fǎng)問(wèn)一個(gè)線(xiàn)性存儲區域，而無(wú)需反復向HPIＡ寫(xiě)入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號的功能。

ＨＨＷＩＬ信號：用于表明并區分ＨＤ[１５：０]上傳輸的是３２位數據中的高１６位還是低１６位。由于TMS320C6713芯片結構決定了它與主機間所有的數據交換都是３２位，而HPI端口為１６位，所以每次數據訪(fǎng)問(wèn)都需要進(jìn)行兩次存取，而由HPI自動(dòng)將ＨＤ[１５：０]上連續的兩個(gè)１６位數據合成３２位，當然，也可以用其進(jìn)行反向分解。

ＨＡＳ信號：用于復用地址數據總線(xiàn)的主機。它可使ＨＣＮＴＬ、ＨＨＷＩＬ和ＨＲ／Ｗ信號在一個(gè)存取周期中快速地實(shí)現狀態(tài)轉換。對于地址數據復用的總線(xiàn)來(lái)說(shuō)，也可以為數據／地址的切換留出更多的時(shí)間。

ＨＣＳ、ＨＤＳ１和ＨＤＳ２信號：這三種信號可在片內組合為一個(gè)低有效的ＨＳＴＲＯＢＥ信號，如圖１所示。其作用是,在讀取時(shí)，在ＨＳＴＲＯＢＥ信號的下降沿鎖存輸入的HPI控制信號，包括ＨＨＷＩＬ、ＨＲ／Ｗ和ＨＣ-ＮＴＬ[１：０]；而在寫(xiě)入時(shí)，其下降沿和讀取時(shí)作用相同，其上升沿則鎖存寫(xiě)入的數據。

ＨＲＤＹ信號：用于表明HPI是否已準備好傳輸數據，其作用是在接口時(shí)序上插入等待狀態(tài)。如果前一次HPI的訪(fǎng)問(wèn)尚未完成，那么當前訪(fǎng)問(wèn)的第一個(gè)半字的存取需要等待，此時(shí)，HPI會(huì )置ＨＲＤＹ信號為高。

表1 HPI接口信號描述

信 號 管 腳 號 管 腳 數 信 號 功 能
HD[15:1] 從低到高依次為147、152、155、154、156、159、161、164、165、166、167、168、172、173、174 16 數據/地址總線(xiàn)
HCNTL[1:0] 從低到高依次是146、144 2 HPI訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型控制
HHWIL 139 1 確認半字（16位）輸入
HAS 135 1 對復用地址數據總線(xiàn)的主機區分地址和數據
HR/W 143 1 讀/寫(xiě)選擇
HCS 145 1 輸入數據選通
HDS1/HDS2 從低到高依次是152、151 2 輸入數據選通
HRDY 140 1 訪(fǎng)問(wèn)HPI狀態(tài)準備好
HINT 139 1 向主機發(fā)出的中斷信號

表2 HCNTL[1:0]控制信號的功能

HCNTL1 HCNTL0 功 能
0 0 主機可以對HPI的控制寄存器HPIC進(jìn)行讀寫(xiě)
0 1主機可以對HPI地址寄存器HPIA的進(jìn)行讀寫(xiě)
1 0 主機可以對HPID的數據寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，此時(shí)HPIA采用以字為單位的地址自增方式
1 1 主機可以對HPID的數據寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)操作，但此時(shí)HPIA不受影響

１．２ TMS320C6713 HPI的控制寄存器

在TMS320C6713 HPI中，可利用三個(gè)寄存器來(lái)完成主設備和ＣＰＵ的通信，它們是HPI數據寄存器（HPIＤ）、HPI地址寄存器（HPIＡ）和HPI控制寄存器（HPIＣ）。主機可對這三個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，而ＣＰＵ只能對HPIＣ進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。HPIＤ中存放的是主機從存儲空間中讀取的數據，或者是主機向TMS320C6713的存儲空間中寫(xiě)入的數據。HPIＡ中存放的是主機訪(fǎng)問(wèn)TMS320C6713存儲空間的地址，其最低兩位固定為零。HPIＣ中存放的是TMS320C6713的控制信息，其高１６位和低１６位內容相同。

主機對HPI進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)的次序為：初始化HPIＣ、初始化HPIＡ、從HPIＤ寄存器中讀取或向其寫(xiě)入數據。在初始化HPIＣ時(shí)，ＨＷＯＢ位的設置是關(guān)鍵，它決定著(zhù)高１６位與低１６位的傳輸次序。

２ PCI9052與TMS320C6713HPI的接口

PCI9052是ＰＬＸ公司繼PCI9050之后推出的用于低成本適配器的總線(xiàn)目標接口芯片。它支持ＰＣＩ２．１協(xié)議規范，在３３ＭＨｚ的總線(xiàn)時(shí)鐘頻率下，其峰值傳輸速度可達１３２ＭＢ／ｓ，因而可大大改善數據傳輸中的瓶頸問(wèn)題。同時(shí)它還具有方便靈活的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，正是這些特點(diǎn)使其在ＰＣＩ從模式接口卡的設計中得到了廣泛的應用。

表３給出了PCI9052與TMS320C6713HPI接口信號的基本特征。下面是對它們具體工作方式的一些說(shuō)明：

ＬＡＤ[３１：０]：利用該信號可通過(guò)設置ＬＡＳＩＢＲＤ局部地址空間總線(xiàn)區域描述寄存器的總線(xiàn)寬度位來(lái)調整總線(xiàn)寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝００時(shí)，采用ＬＡＤ[７：０]８位寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝０１時(shí)，采用ＬＡＤ[１５：０]（１６位），當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝１０時(shí)，采用ＬＡＤ[３１：０]（３２位）。

ＬＢＥ[３：０]字節使能信號是在總線(xiàn)寬度的基礎上編碼的。對于３２位總線(xiàn)，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個(gè)字節被選中：ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應[１５：８]，ＬＢＥ２對應[２３：１６]，ＬＢＥ３對應[３１：２４]；而對于１６位總線(xiàn)，ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對應[１５：８]；對于８位總線(xiàn)，ＬＢＥ０對應地址的第０位，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。

ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對應的片選基地址寄存器（ＣＳＩＢＡＳＥ）。ＣＳＩＢＡＳＥ０為片選使能位，其中ＣＳＩＢＡＳＥ[２７：１]為片選空間位。從片選空間位的第１位向第２７位掃描時(shí)，遇到第１個(gè)“１”即決定了片選空間的大小，其余位則為片選空間的基地址。

ＬＩＮＴ１和ＬＩＮＴ２可通過(guò)中斷控制／狀態(tài)寄存器ＩＮＣＳＲ的中斷使能位ＩＮＣＳＲ[６]進(jìn)行使能，同時(shí)可設置其它相關(guān)信息。

表3 PCI9052與TMS320C6713的接口信號描述

信 號 管 腳 號 管腳數 信 號 功 能
LAD[31:0] 從低到高依次為91、90、89、88、87、86、85、84、83、82、79、78、77、76、75、74、73、72、71、70、69、62、61、60、59、58、57、56、55、54、53、52 32 數據總線(xiàn)
LW/R 127 1 為“1”時(shí)寫(xiě)，為“0”時(shí)讀
LA[27：1] 從低到高依次是92、93、94、95、96、97、98、100、101、102、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、122 27 地址總線(xiàn)，傳輸28位線(xiàn)性地址的高26位
LBE[3:0] 從低到高依次是46、47、48、49 4 字節使能信號，表示當前總線(xiàn)傳輸中哪一個(gè)字節被選中
LRDY 128 1 在局部總線(xiàn)讀數據或可接受寫(xiě)數據
ADS 123 1 表明可用地址和一次新的總線(xiàn)存取的起始
CS1、CS2 130、131 2 片選信號
RD 126 1 通用寫(xiě)
WR 125 1 通用讀
LINT1，LINT2 137、136 2 局部中斷輸入

３　與 ＰＣ的高速數據傳輸

TMS320C6713HPI與PCI9052的具體連線(xiàn)如圖２所示。

實(shí)際上，在具體電路設計時(shí)，整個(gè)方案的實(shí)現除了需要TMS320C6713和PCI9052外，還需要有ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４和ＮＭ９３ＣＳ４６。由于TMS320C6713的Ｉ／Ｏ是在３．３Ｖ電壓下工作，而PCI9052在５Ｖ電壓下工作，所以TMS320C6713與PCI9052之間必須采用ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４進(jìn)行電平轉換。SN74CBTD3384是ＴＩ公司生產(chǎn)的１０位總線(xiàn)轉換器，它的輸入、輸出引腳一一對應，并分別排列在芯片的兩側封裝。圖２中共選用了三片SN74CBTD3384。ＮＭ９３ＣＳ４６是ＰＬＸ公司生產(chǎn)的串行ＥＥＰＲＯＭ存儲器，用于加載PCI9052配置信息。其中按一定順序存放著(zhù)設備號（ＤＩＤ）、供應商代號（ＶＩＤ）、子設備號（ＳＤＩＤ）、子供應商代號（ＳＶＩＤ）、ＰＣＩ總線(xiàn)與局部總線(xiàn)之間的地址空間映射關(guān)系、片選地址、控制位、狀態(tài)位及其它雜項配置等。上電時(shí)，ＰＣＩ總線(xiàn)的ＲＳＴ信號有效，同時(shí)PCI9052輸出局部復位信號ＬＲＥＳＥＴ，并檢查ＮＭ９３ＣＳ４６是否有效。若有效，且第一個(gè)１６位字不是ＦＦＦＦｈ，那么ＰＣＩ９０５０將根據串行ＥＥＰＲＯＭ的值來(lái)設置內部寄存器，否則采用默認值。

考慮到TMS320C6713HPI與PCI9052間的時(shí)序配合問(wèn)題，通常在連線(xiàn)過(guò)程中，還必須注意下列幾個(gè)問(wèn)題：

（１）由于ＰＣ機中數據與地址總線(xiàn)是復用的，所以PCI9052的ＭＯＤＥ引腳應接地，而PCI9052中局部數據與地址總線(xiàn)是非復用的，所以TMS320C6713的ＨＡＳ引腳應接高電平。

（２）由于 TMS320C6713的ＨＲ／Ｗ信號與PCI9052的Ｗ／ Ｒ信號極性相反，因此必須通過(guò)非門(mén)進(jìn)行連接。

（３）由于TMS320C6713與PCI9052分別工作在不同的時(shí)鐘頻率下，所以TMS320C6713的ＨＲＤＹ信號輸出必須通過(guò)Ｄ觸發(fā)器的同步后才能送入邏輯電路,以供PCI9052的ＬＲＤＹ信號使用。

（４）ＬＲＤＹ信號的邏輯表達式為：ＬＲＤＹ＝ＲＤ．ＷＲ＋(ＣＳ１＋ＡＤＳ＋ＨＲＤＹ)，因此，只有ＲＤ或ＷＲ有效，且ＣＳ、ＡＤＳ、ＨＲＤＹ也有效時(shí)，ＬＲＤＹ才能有效。

另外，要保證TMS320C6713 HPI與PCI9052的穩定協(xié)調工作，除了要設計合理的硬件電路外還必須對PCI9052的內部寄存器進(jìn)行準確配置。關(guān)于PCI9052內部寄存器的具體配置方法，可以參考ＰＬＸ公司的用戶(hù)手冊，這里不再贅述。

筆者已將該方案應用于某電力系統精確故障定位及錄波裝置中。其中，由TMS320C6713 DSP芯片構成的高速數據采集卡用來(lái)控制電力系統中各電參數的采集、存儲與故障判斷。當其HPI被設置為帶地址自增的讀方式時(shí)，可在一次故障記錄結束后，由ＰＣ機將存儲在TMS320C6713外擴ＳＤＲＡＭ中的大量數據一次性讀入。讀入的數據可用來(lái)計算故障發(fā)生的精確位置，分析系統中各電參數的變化情況，同時(shí)記錄各繼電保護裝置的動(dòng)作情況。

４　結束語(yǔ)

該方案不僅有效地解決了TMS320C6713 DSP芯片與ＰＣ機間數據傳輸的瓶頸問(wèn)題，而且簡(jiǎn)化了硬件設計。同時(shí)由于它支持即插即用技術(shù)。因此，由DSP構成的高速數據采集卡具有良好的可移植性。