TMS320VC54x處理器McBSP接口的設計和實(shí)現

　　簡(jiǎn)介：以低速語(yǔ)音編解碼系統為例,介紹了TMS320VC54x數字信號處理器的多通道緩沖串口的軟硬件設計,給出了具體的設計思想和實(shí)現方法。

　　模數接口是數字信號處理(DSP)系統中一個(gè)重要的組成部分,其設計和實(shí)現直接影響到信號處理的質(zhì)量,許多A/D、D/A轉換芯片都采用并行的數字接口,與DSP接口時(shí)需要設計相應的譯碼電路。TMS320VC54x系列芯片配備了多通道帶緩沖能力的串行口(MultichannelBufferedSerialPort,McBSP),為設計模數接口提供了極大的便利。

　　McBSP具有雙向的自動(dòng)緩沖單元,緩沖單元有自己的循環(huán)尋址寄存器組,用來(lái)將串行口和C54x內部存儲器之間數據傳輸的緩存。同時(shí)McBSP的功能非常強大,除具有一般DSP串口功能之外,還可以支持T1/E1,ST-BUS,IOM2,SPI,HS等不同標準;為便于進(jìn)行多通道的數字信號處理,McBSP最多支持128個(gè)通道;支持多種數據格式(8/12/16/20/24/32b)的傳輸;可自動(dòng)進(jìn)行語(yǔ)音的μ律、A律壓擴;其工作速率可達到1/2CPU時(shí)鐘速率。這些特性為設計A/D,D/A接口電路提供了很大的靈活性。

　　下面具體以語(yǔ)音編解碼器為例來(lái)說(shuō)明McBSP的設計和實(shí)現。

　　1語(yǔ)音編解碼系統及McBSP接口的硬件設計

　　低速率語(yǔ)音編解碼器是一種能夠將傳統的模擬語(yǔ)音信號(帶寬為0.3～3.4kHz)實(shí)時(shí)壓縮編碼成1.2～9.6kb/s數據比特流,而保持相當語(yǔ)音質(zhì)量的語(yǔ)音編解碼系統。由于他大大壓縮了傳輸數字語(yǔ)音所需的帶寬,便于實(shí)現高保密度的語(yǔ)音通信,因此在語(yǔ)音的保密通信、多媒體通信和移動(dòng)通信系統中應用十分廣泛。

　　如圖1所示,語(yǔ)音采樣芯片TP3067和數字信號處理器TMS320VC5409組成了一個(gè)語(yǔ)音編解碼系統。在模擬端口一側,模擬語(yǔ)音輸入采用同相輸入,經(jīng)過(guò)話(huà)筒前置放大器(microphonepreamplifier)放大后,從VFxI+管腳輸入;模擬語(yǔ)音的輸出也采用同相輸出,經(jīng)過(guò)兩級放大后由VPO+輸出,輸出端可以驅動(dòng)阻抗為600Ω的揚聲器。

　　TP3067是美國國家半導體(NationalSemicodductor)公司生產(chǎn)的PCMCODEC芯片,具有串行的I/O接口,供電、功耗低于70mW,而且具有自動(dòng)斷電功能,內部設計有性能良好的電源濾波電路,能夠實(shí)現A律PCM編碼和解碼。TP3067對話(huà)音進(jìn)行8kHz采樣,即每0.125ms一次,每次采樣編成8b編碼,′C5409接收后,變換成線(xiàn)性的16b,每20ms組成1幀,共需TP3067進(jìn)行160次采樣。TMS320VC5409提供的串行口包括數據輸入BDR,數據輸出BDX,接收時(shí)鐘BCLKR,發(fā)送時(shí)鐘BCLKX,接收同步時(shí)鐘BFSR和發(fā)送同步時(shí)鐘BFSX。TPS3067的幀同步有2步方式(longframesync)。而TMS320VC5409的多通道自動(dòng)緩沖串口的工作方式,可以通過(guò)發(fā)送和接收寄存器靈活配置幀長(cháng)度、幀周期以及接收發(fā)送時(shí)鐘沿。如圖1所示對接后,只要在系統初始化時(shí)正確配置寄存器,就可以保證串行數據的輸入輸出。TP3067數字端口一側,MCLKR/PDN和MCLKX相連,同時(shí)相連的還有BCLKR,BCLKX,也就是忽略MCLKR/PDN的POWERUP和POWERDOWN功能,由′VC5409提供接收發(fā)送時(shí)鐘及同步時(shí)鐘。以上2個(gè)時(shí)鐘的值可以通過(guò)軟件設置McBSP控制寄存器SRGR1和SRGR2設定并更改。

　　2系統軟件的設計

　　2.1中斷服務(wù)程序

　　由于整個(gè)語(yǔ)音編解碼系統需要用到串行口中斷以及定時(shí)器中斷等多種中斷方式,必須在中斷向量表中說(shuō)明中斷發(fā)生時(shí)如何進(jìn)入中斷服務(wù)程序。地址為0x001D的寄存器PMST(ProcessorModeStaTusRegister)的高9位為中斷向量指針I(yè)PTR可以決定向量表的位置。對于C54x,可以任意修改IPTR地址來(lái)表示1個(gè)128B的頁(yè),決定中斷向量表的地址。例如,′C5409硬件復位后PMST的15～7b全為1,所以中斷向量表的位置在0xFF80。初始化時(shí),系統所有的中斷都被屏蔽掉。將中斷向量表映射到程序空間的0x0080,所以修改IPTR為0x01。中斷向量表中每一個(gè)中斷矢量有4B的空間,足夠放2個(gè)大小為1B的延遲跳轉指令和1個(gè)2B的延遲跳轉指令,還有1條1B的從中斷返回的指令RETE。系統初始化以后,如果允許中斷,將狀態(tài)寄存器(ST1)的INTM位置0,中斷屏蔽寄存器(IMR)對應的比特位置1,該中斷就可以響應。中斷產(chǎn)生后,先到中斷矢量表中尋址到該中斷,然后跳轉到中斷服務(wù)程序,中斷結束返回到中斷矢量表,再返回到主程序,從中斷發(fā)生處繼續向下運行。

　　2.2McBSP的軟件設計

　　McBSP在結構上可以分為一個(gè)數據通道和一個(gè)控制通道。數據通道完成數據的發(fā)送和接收,主要是通過(guò)數據發(fā)送寄存器DXR1/2和數據接收寄存器DRR1/2?？刂仆ǖ劳瓿傻娜蝿?wù)包括內部時(shí)鐘的產(chǎn)生、幀同步信號產(chǎn)生、對這些信號的控制以及多通道的選擇等?？刂仆ǖ肋€負責產(chǎn)生終端信號送往CPU。對′C5409串行口的操作也是通過(guò)設置各控制寄存器來(lái)進(jìn)行的。這些控制寄存器有串行口控制寄存器SPCR1/2;接收控制寄存器RCR1/2;發(fā)送控制寄存器XCR1/2;多通道寄存器MCR1/2等。對某一控制寄存器尋址,只能采用加子地址尋址方式,即先將要尋址的寄存器子地址寫(xiě)入McBSPx的地址寄存器,再將數據寫(xiě)入McBSPx的數據寄存器。例如要將0x0001寫(xiě)入McBSP0的接收控制寄存器RCR0,先在地址為0x0038的SPSA0中寫(xiě)入RCR0的子地址0x0002,再將0x0001寫(xiě)入地址為0x0039的SPSD0寄存器。

　　McBSP的寄存器初始化應該和系統軟件的初始化一起進(jìn)行,由于寄存器比較多,通過(guò)匯編源代碼,逐行說(shuō)明串行口初始化軟件的流程。

　　以上完成了寄存器的設置,在發(fā)送和接收數據之前,先將中斷屏蔽寄存器(IMR)的串行發(fā)送中斷位BXINT0和串行接收中斷位BRINT0置1,中斷使能,這樣有串行數據在數據發(fā)送寄存器DXR1中準備發(fā)送時(shí),或數據接收寄存器DRR1接收到數據時(shí),中斷標志寄存器(IFR)的BXINT0或BRINT0位置1。在進(jìn)入發(fā)送中斷服務(wù)程序時(shí),主要是將話(huà)音數據分割成16b為1B,依次送到DXR1中,用一個(gè)緩沖區加一個(gè)指針就可以實(shí)現,發(fā)送一幀就將IFR的BXINT0清0;接收中斷服務(wù)程序,是將接收的數據緩存,形成160B的20ms幀,再送入聲碼器處理,同樣接收1個(gè)字就將IFR的BRINT0清零。

　　3結語(yǔ)

　　通過(guò)以上的設計,實(shí)現了低速語(yǔ)音編解碼器,并將他應用于移動(dòng)通信系統中,聲音效果良好。同時(shí),以上的設計具有一定的通用性,應用于其他目的的數字信號處理時(shí),只需更改一下相應寄存器的值,便可以使用。