基于DSP的DMA控制技術(shù)概述

TMS320C2XX是美國TI公司推出的一種低價(jià)格、高性能的16位定點(diǎn)運算數字信號處理器(DSP),它的性?xún)r(jià)比極高,目前已成為高檔單片機的理想替代品,在通信、語(yǔ)音處理、軍事、儀器儀表、圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應用。在以TMS320C2XX為核心的數字化語(yǔ)言學(xué)習系統中,為了滿(mǎn)足系統的實(shí)時(shí)性要求,并且提高系統的音質(zhì)和負載能力,聲卡與存儲器之間的數據傳送已經(jīng)不能采用程序查詢(xún)控制方式,因此我們考慮采用直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)控制。直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)控制是指數據傳送時(shí)不需要CPU的介入,I/O設備和存儲器直接交換信息。DMA方式的數據傳送與程序查詢(xún)方式的數據傳送相比,具有數據傳送速度高、I/O響應時(shí)間短、CPU額外開(kāi)銷(xiāo)小的明顯優(yōu)點(diǎn)。本文根據課題需要,通過(guò)分析TMS320C2XX使用保持(HOLD)操作的直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)和DMA控制器8237-5的工作原理,解決了DSP芯片TMS320F206與DMA控制器8237-5的軟、硬件接口問(wèn)題,實(shí)現了DMA 在數字化語(yǔ)言學(xué)習系統中的應用。

1 TMS320C2XX使用HOLD操作的直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)

TMS320C2XX的HOLD操作允許對外部程序、數據以及I/O空間進(jìn)行直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)。該過(guò)程由/HOLD和/HOLDA兩個(gè)信號控制。

(1)/HOLD。外部設備可以把該引腳驅動(dòng)到低電平從而請求對外部總線(xiàn)的控制。如果HOLD/INT1中斷線(xiàn)被允許,那么將觸發(fā)中斷。

(2)/HOLDA。在響應/HOLD中斷時(shí),軟件邏輯可以使處理器發(fā)出/HOLD應答信號,表示它將放棄對其外部總線(xiàn)的控制。根據 /HOLDA,外部地址信號(A15～A0)、數據信號(D15～D0)以及存儲器控制信號(/PS,/DS,/BR,/STRB,R/W,/RD, /WE)被置為高阻狀態(tài)。

在我們的設計中,HOLD/INT1中斷服務(wù)子程序只用于HOLD操作以便控制DMA傳送,因此DSP的中斷控制寄存器(ICR)中的方式 (MODE)位置為0。此時(shí),中斷線(xiàn)INT1對下降沿和上升沿二者都敏感。當CPU檢測到下降沿時(shí),它完成正在執行的當前指令,然后迫使程序控制轉到中斷服務(wù)子程序。在成功的測試到MODE=0之后,此子程序執行IDLE(空閑)指令。根據IDLE,/HOLDA變?yōu)橛行Ф獠靠偩€(xiàn)被置為高阻狀態(tài)。只有在檢測到HOLD/INT1引腳上的上升沿之后,CPU才退出IDLE狀態(tài),/HOLDA變?yōu)闊o(wú)效,并使外部總線(xiàn)返回到正常狀態(tài)。

HOLD操作的子程序將在本文最后結合具體示例中給出,應該注意的是:IDLE指令應當放在中斷服務(wù)子程序內以便發(fā)出/HOLDA。同時(shí)要注意的是:中斷程序代碼禁止除HOLD/INT1之外的所有可屏蔽中斷,從而允許/HOLDA和總線(xiàn)的安全恢復。

2 DMA控制器8237-5的工作原理

8237-5是一個(gè)高性能的40引腳雙列直插式可編程DMA控制器芯片,可以方便地與DSP微處理器相連,實(shí)現外部設備與存儲器之間的數據交換。其內部結構和引腳信號可參閱參考文獻[2]。該控制器通過(guò)編程可提供多種類(lèi)型的控制特性,以?xún)?yōu)化系統性能,增大數據吞吐量,最高數據傳輸速率可達 1.5MB/S。

DMA控制器實(shí)現DMA傳送的控制原理可用圖1的信息流示意圖表示?，F結合該圖將DMA控制原理操作順序說(shuō)明如下:

①I(mǎi)/O設備準備好后,向DMA控制器(DMAC)發(fā)出DMA請求信號DMARQ。

②DMAC向CPU發(fā)出總線(xiàn)請求信號BUSRQ。

③按照預定的DMAC占用總線(xiàn)方式,CPU響應BUSRQ,向DMAC發(fā)出總線(xiàn)確認信號BUSAK。從這時(shí)起,CPU總線(xiàn)控制權交由DMAC接管,開(kāi)始進(jìn)入DMA有效周期,如圖1中陰影部分所示。

④DMAC接管總線(xiàn)后,先向I/O設備發(fā)出DMA請求的響應信號DACK,表示允許外設進(jìn)行DMA傳送。然后按事先設置的初始地址和需傳送的字節數,依次發(fā)送地址和讀寫(xiě)命令,使RAM和I/O設備直接交換數據,直至全部數據交換完畢。

⑤DMA傳送結束后,自動(dòng)撤消向CPU的總線(xiàn)請求信號BUSRQ,從而使BUSAK和DACK相繼變?yōu)闊o(wú)效,CPU又重新控制總線(xiàn),恢復正常工作。

3 DSP與DMA控制器8237-5的接口電路

通過(guò)上述分析可以知道,DSP與8237-5的接口關(guān)鍵是要解決DSP的/HOLD、/HOLDA信號與8237-5的總線(xiàn)保持請求輸出信號 HRQ(即BUSRQ)、總線(xiàn)保持響應輸入信號HLDA(即BUSAK)之間的聯(lián)系問(wèn)題。圖2給出DSP與8237-5的接口電路。

1)數據線(xiàn)、地址線(xiàn)可以直接相連,8237-5僅使用8根數據線(xiàn)和地址線(xiàn)。

(2)由于8237-5要向DSP申請對外部總線(xiàn)的控制,所以DSP的/HOLD信號決定于HRQ,而二者的有效電平正好是反相關(guān)系;另一方面,當DSP在合適程序代碼的協(xié)助下使/HOLDA有效,從而對/HOLD有效作出響應時(shí),它就應該通知DMAC可以獲得總線(xiàn)控制權,那么可以將 /HOLDA反相后發(fā)給8237-5的HLDA，從而使得該信號變高成為有效,8237-5得以接管總線(xiàn)。因此HLDA、/HOLD信號線(xiàn)的譯碼邏輯關(guān)系如下:

　　HLDA=/HOLDA

　　/HOLD=HRQ

　　一次DMA操作的時(shí)序關(guān)系如圖3所示。

可見(jiàn),當8237-5任一通道的DREQ被置為有效電平且相應通道的屏蔽位被清除時(shí),就使HRQ信號變?yōu)楦唠娖?從而使DSP的/HOLD變低,表示有外部設備請求對外部總線(xiàn)的控制。隨即DSP發(fā)出/HOLDA來(lái)響應/HOLD,8237-5的HLDA變高,取得總線(xiàn)控制權,并產(chǎn)生相應的 DMA響應信號DACK以通知外設。完成DMA周期后,總線(xiàn)又回到正常狀態(tài)。