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引言 DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)和FPGA(現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列)一直是數(shù)字信號(hào)處理的兩個(gè)核心處理單元。目前的無線通信、圖像系統(tǒng)、語音系統(tǒng)都是以這兩類芯片為核心，配置必要的外圍電路來組成整個(gè)系統(tǒng)。 DSP的主要優(yōu)點(diǎn)是算法處理能力強(qiáng)，而FPGA的主要優(yōu)點(diǎn)則是并行處理。隨著電子技術(shù)和芯片技術(shù)的發(fā)展，DSP和FPGA逐漸融合，目前一般的FPGA芯片都提供數(shù)字算法處理IP核，可以在FPGA上完成FFT、濾波等傳統(tǒng)意義上屬于DSP的工作。這些核的主要缺點(diǎn)是算法固定，只提供成熟的算法，算法處理的靈活性較低。經(jīng)過長期的發(fā)展，DSP的片內(nèi)外設(shè)逐漸豐富，但一直很難觸及FPGA的并行處理。 TI公司推出的C6727B芯片其片內(nèi)集成了最新的dMAX(Dual Data Movement Accelerator，雙向數(shù)據(jù)傳輸加速器)模塊，使得并行數(shù)據(jù)傳輸成為可能。其實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋举|(zhì)就是相當(dāng)于在片內(nèi)集成2個(gè)EDMA(En— hanced Direct Memory Access，增強(qiáng)的直接存儲(chǔ)器訪問)模塊，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在無需CPU參與情況下的并行雙路傳輸。本文以HPI和EMIF接口的數(shù)據(jù)傳輸為例，介紹dMAX的結(jié)構(gòu)、配置及其使用方法。 1 dMAX及其結(jié)構(gòu) C6727B是在C671x基礎(chǔ)上發(fā)展的浮點(diǎn)型DSP，其最高工作頻率達(dá)到350 MHz。單個(gè)指令周期可以執(zhí)行6個(gè)浮點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算，最高達(dá)到2 100MFLOPS；片內(nèi)具有256KB的RAM，片內(nèi)外設(shè)有。EMIF、UHPI、音頻串口、dMAX、定時(shí)器以及I2C、SPI接口等。 dMAx模塊是C672x系列DSP所特有的數(shù)據(jù)傳輸模塊，可以實(shí)現(xiàn)內(nèi)部存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)和外部存儲(chǔ)器兩兩之間的數(shù)據(jù)傳輸。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。 
從圖中可以看出，dMAX主要由事件和中斷處理模塊、事件編碼器、事件參數(shù)表、事件的地址生成硬件等組成。事件模塊分成高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)兩個(gè)相互獨(dú)立的模塊，各自有獨(dú)立的事件入口和事件參數(shù)表，和CPU有獨(dú)立的接口，使得dMAX可以同時(shí)處理兩個(gè)不同的事件。當(dāng)訪問CPU端口時(shí)，MAX0的優(yōu)先級(jí)高，MAXl的優(yōu)先級(jí)低。 dMAX可以使用戶定義的數(shù)據(jù)在內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外設(shè)之間移動(dòng)，dMAX能夠移動(dòng)數(shù)據(jù)到任意能夠?qū)ぶ返拇鎯?chǔ)器空間，包括內(nèi)部存儲(chǔ)器、外設(shè)存儲(chǔ)器空間、擴(kuò)展內(nèi)存。dMAx能夠同時(shí)處理2個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移請(qǐng)求，而且dMAX能夠通過執(zhí)行先進(jìn)的一維、二維與三維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器傳輸工作，從而使DSP得以專注于信號(hào)處理任務(wù)，顯著提高系統(tǒng)性能，適合圖像的子幀提取或者語音信號(hào)的子信道提取。 為了方便CPU直接控制dMAX，C6727B還有2個(gè)專門的寄存器負(fù)責(zé)CPU與dMAX的通信，分別為DETR與DESR寄存器，CPU通過對(duì)這兩個(gè)寄存器的讀寫就可以控制dMAX的操作。 2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu) C6727B和其他DSP有一個(gè)較大的區(qū)別就是，C6727B不再提供專門的外部中斷引腳，而是使用一些GPIO引腳與dMAX配合使用，通過寄存器的設(shè)置將GPIO引腳配置成外部中斷引腳。為了實(shí)現(xiàn)并行的數(shù)據(jù)傳輸，需要使用2個(gè)外部中斷引腳。為此，使用C6727B的音頻串口的AXR[8]和 AXR[9]作為通用I／O引腳，同時(shí)需要將音頻串口的CONFIGMCASP0和CONFIGMCASP1分別配置成Ox0001和0x0002，如圖 2所示。此時(shí)音頻串口不能再作為普通的音頻口使用，而是配置成I／0接口。 從圖2可以看出，配置好音頻串口后，一旦AXR[8]和AXR[9]引腳有上升沿到，則McASP0和McASP1激活dMAX的事件26和事件27。這兩個(gè)事件分別連接到dMAX的低優(yōu)先級(jí)和高優(yōu)先級(jí)模塊。即使兩個(gè)中斷同時(shí)發(fā)生，dMAX也可以同時(shí)響應(yīng)事件，并處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。
為了實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸，必須將事件26的參數(shù)設(shè)置成與EMIF接口通信，同時(shí)需要將傳輸數(shù)據(jù)的源地址，目的地址，數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)和數(shù)據(jù)增加方式(不變、加1、減 1等)在初始化時(shí)寫入dMAx(Lo)的參數(shù)中。這樣，一旦事件26觸發(fā)，dMAX(Lo)將自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，可以根據(jù)需要將 dMAX(Lo)配置為向CPU發(fā)送內(nèi)部中斷14。同樣，對(duì)于事件27，配置dMAX(Hi)的參數(shù)就可以完成對(duì)HPI接口的數(shù)據(jù)傳輸，也可以根據(jù)需要將 dMAX(Hi)配置為向CPU發(fā)送內(nèi)部中斷13。 McASP與中斷相關(guān)的寄存器配置是實(shí)現(xiàn)以上方案的重點(diǎn)，其中斷配置框圖如圖3所示。從圖中可以看出，使用PFUNC寄存器將其配置成通用I／0引腳；PDIR寄存器控制I／O引腳的方向，若是輸出引腳則由POUT引腳輸出高低電平，若是輸入引腳則由PDIN寄存器讀出該引腳的狀態(tài)；此外，可以使用 PDCLR和PSET寄存器清除或者設(shè)置輸出引腳的狀態(tài)。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括McASP、dMAX、HPI和EMIF的初始化，以及中斷使能等。系統(tǒng)主程序只需要等待中斷進(jìn)行相應(yīng)的處理，主要的數(shù)據(jù)傳輸工作都是由dMAX按照軟件配置自動(dòng)完成，不需要CPU參與。系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。圖中，虛線部分表示由dMAX獨(dú)立完成的工作，實(shí)線部分表示由CPU完成的工作。兩者之間通過內(nèi)部中斷方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的交流。
當(dāng)有2個(gè)以上傳輸事件發(fā)生，尤其是多個(gè)事件都在同一個(gè)dMAX優(yōu)先級(jí)完成時(shí)，事件仲裁就變得很重要。圖5是多個(gè)dMAX事件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦印D中，事件A為dMAX(Hi)數(shù)據(jù)傳輸；事件0～2為dMAX(Lo)數(shù)據(jù)傳輸。在dMAX(Lo)中，設(shè)定事件O優(yōu)先級(jí)最高，事件2優(yōu)先級(jí)最低。
事件A和事件0同時(shí)發(fā)生，將分別觸發(fā)dMAX(Hi)和dMAX(Lo)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在之后的時(shí)鐘周期內(nèi)，dMAX(Hi)不再有其他事件發(fā)生，將穩(wěn)定、持續(xù)地進(jìn)行事件A的數(shù)據(jù)傳輸，直到傳輸結(jié)束，如圖5中最后一行所示。 對(duì)于dMAX(Lo)，在傳輸了事件0的一個(gè)數(shù)據(jù)后，事件2發(fā)生。雖然事件2的優(yōu)先級(jí)低于事件O，但dMAX(Lo)仍然會(huì)響應(yīng)事件2，并且會(huì)傳輸一個(gè)事件2的數(shù)據(jù)，如圖中第5行的E2／QO。此時(shí)，dMAX(Lo)就存在2個(gè)激活的事件——事件O和事件2。之后的數(shù)據(jù)傳輸dMAX(Lo)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)判斷，將優(yōu)先傳輸事件O的數(shù)據(jù)，而將事件2掛起，直到事件O結(jié)束后才開始處理事件2的數(shù)據(jù)傳輸。 4 總結(jié) dMAX使用2路獨(dú)立的傳輸通道從而實(shí)現(xiàn)并行數(shù)據(jù)傳輸，其本質(zhì)是采用了獨(dú)立的物理通道，這與FPGA實(shí)現(xiàn)并行處理基本一致。本文介紹了基于C6727B的 dMAX的基本結(jié)構(gòu)以及軟硬件設(shè)計(jì)，使用事件優(yōu)先級(jí)控制區(qū)分多個(gè)事件的數(shù)據(jù)傳輸。由于可以并行傳輸數(shù)據(jù)，使得DSP與外部設(shè)備的通信更加方便和快捷，而且不需要CPU的參與，減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，使CPU可以專注于復(fù)雜的算法處理。 參考文獻(xiàn) 1. 汪安民.張松燦.常春藤 TMS320C6000 DSP實(shí)用技術(shù)與開發(fā)案例 2008 2. Texas Instruments Inc TMS320C672x DSP Dual Data Movement Accelerator (dMAX) Reference Guide 2007 3. Texas Instruments Inc TMS320C672x DSP Multichannel Audio Serial Port (McASP) Reference Guide 2008 作者：國營第713廠博士后工作站 陳向明 汪安民 來源：單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 2009 (2) |
