基于TMS320DM6437的McBSP與EDMA實現串口通信

TMS320DM6437是專為高性能、低成本視頻應用開發的，主頻600 MHz，32位定點，采用達芬奇(DaVinci(TM))技術。該器件采用TI第3代超長指令集結構(VelociTI．3)的TMS320C64x+DSP內核，主頻可達600 MHz，支持8個8位或4個16位并行MAC運算，峰值處理能力高達4 800MIPS。基于TMS320DM6437諸多特點，這里提出一種實現DSP與FPGA的雙向數據交換設計方案，采用TMS320DM6437的McBSP和EDMA實現異步串口通信。 McBSP接口是全雙工串行接口，提供收發數據雙緩沖以處理連續的數據流，并可獨立配置收發部分，接收和發送都可使用獨立的幀信號和時鐘源。TMS320DM6437有2個獨立的McBSP接口(McBSP0和McBSPl)。EDMA可處理該處理器上所有內存單元和外設的數據傳輸，且不占用DSP時鐘周期，EDMA還提供針對McBSP的同步事件，可方便控制數據傳輸。接收數據時，FPGA的數據通過McBSP傳到DSP的DRR寄存器中，觸發McBSP接收同步事件，EDMA將數據搬入DSP內存。發送數據時，當EDMA從DSP內存中將數據搬入DSP的DXR寄存器時，利用McBSP發送同步事件，將數據傳輸給FPGA。

1 硬件接口電路設計
McBsP接口的硬件連接如圖1所示。DSP的McBSP接口可由內部時鐘發生器或外部器件提供收／發時鐘信號(CLKR／CLKX)及收／發幀同步信號(FSR／FSX)。為了簡化FPGA內部時序，以上信號均由FPGA提供。圖1中的EN_IN、EN_OUT為DSP控制FPGA中McBSP接口的使能信號，它們均與DSP的GPIO相連。當EN_IN為高時，FPGA接收DSP的數據；當EN_OUT為高時，FPGA開始向DSP發送數據。

2 軟件程序設計
傳統的C6000型DSP對McBSP和EDMA進行操作時，多使用TI公司提供的CSL(Chip Support Library)進行編程操作，由于TMS320DM6437不支持CSL，而是改用PSP(Proeessor Support Package)，所以對TMS320DM6437 McBSP接口采用PSP提供的McBSP Driver，主要用McBSP Driver提供的LLC層API進行編程。LLC層提供基于不同平臺的驅動核心抽象。在該層可進行寄存器操作，宏定義，并且底層API可直接與硬件通信。
對應的EDMA程序開發則采用EDMA LLD(EDMA low Level Driver)提供的各種庫進行編程。LLD實際上包含2個庫用于管理EDMA外設：一個是EDMA RM(EDMA Resource Manager)，管理所有的EDMA硬件資源以及中斷；另一個是EDMA DRV(EDMA Driver)，完成所有EDMA相關配置，并且通過RM滿足資源需求。當調用DRV層API進行操作時，實際上是通過DRV層API調用RM層API來對EDMA外設寄存器進行直接操作來配置EDMA硬件。
本例中實現DSP和FPGA通信時，McBSP所需的幀同步信號以及時鐘信號均由FPGA產生，McBSP發送過來32 bit的數據，DSP內部采用EDMA方式接收數據，McBSP接收同步事件觸發EDMA傳輸。將數據放入DSP片內二級存儲器的緩沖區，等待DSP處理。為了保證后寫入的數據不會覆蓋先寫入的還沒來得及被DSP處理的數據，片內二級存儲器緩沖區采用乒乓緩沖結構。同樣，DSP發送32bit數據給FPGA時，也是通過EDMA方式，由McBSP發送同步事件觸發EDMA傳輸。

2．1 McBSP配置
McBSP的開啟以及參數配置均采用LLC提供的API以及數據結構完成。但是因為TMS320DM6437的引腳多采用引腳復用，并且GPIO和McBSP引腳復用到一起，由于本例中McBSP幀同步信號是由外部源產生，為了保證能監測到第一個幀同步信號，需先在PINMUX寄存器里將復用的引腳配置成GPIO模式，等檢測到幀同步信號后，再將復用的引腳恢復成McBSP模式。
2．1．1 接收數據格式配置
McBSP接收數據格式在數據結構LLC_RcvDataSetup中設置，該數據結構在McBSP Driver提供的頭文件llc_mcbsp Type．h中定義，在編譯工程文件的時候需包含此頭文件。接收數據為單幀數據，一個數據幀長度為4個字節，采用幀同步信號檢測模式，不進行壓縮，數據傳輸延遲一個比特，采用McBSP同步事件產生中斷。McBSP發送數據格式在數據結構LLC_XmitDatasetup中設置，具體參數和接收數據格式保持一致。M-cBSP幀同步和時鐘參數在數據結構LLC_mcbspClkSetup中設置，該結構同樣在頭文件llc_mcbspType．h中定義。本例中，發送和接收的幀同步信號以及時鐘源都由外部產生，接收和發送幀同步都是高電平有效，接收時鐘上升沿有效，發送時鐘下降沿有效，幀同步脈沖寬度為1bit，脈沖周期為32 bit。
2．1．2 啟動McBSP
首先調用MeBSP LLC層API對McBSP接口進行設置，準備接收FPGA傳輸過來的信號。先調用函數LLC_mcbspOpen，該函數在llc_mcbsp．c中定義，函數原型為LLC_mcbspOpen(LLC_McbspObj*const pMcbspObj，Uint32InstanceId，Int32*pMcbspParam，CSL_Status*pStatus)，所需參數分別為用戶定義的McBSP通道對象，McBSP通道ID，用戶定義的配置參數及狀態信息，返回參數為指向該通道的句柄hMcbsp。該句柄作為調用API的參數。
然后設置McBSP通道0，調用函數LLC_mcbspHwSetup(LLC_McbspHandle hMcbsp，const LLC_McbspHwSetup*setup)。第1個參數即為剛才返回的指向McBSP通道0的句柄，第2個參數為一個結構體，包含了前面定義的接收和發送數據結構以及幀同步和時鐘參數結構，這樣就按照實際應用的要求完成了對McBSP0通道的設置。配置完成后，相應的McBSP寄存器的值為：SPCR=0X0000400；RCR=0x00050040；XCR=0x00050040；SRGR=0x20000001；PCR=0x00000080。
最后利用函數LLC_mcbspHwControl使能McBSP接收和發送功能。函數原型為LLC_mcbspHwControl(LLC_McbspHandle hMcbsp，LLC_Mcbsp ControlCmd cmd，const void*arg)。第1個參數為指向McBSP通道0的句柄，第2個參數為硬件控制命令，第3個為對特定命令的補充說明。開啟McBSP接收發送功能時，硬件控制命令為LLC_MCBSP_CMD_RESET_CONTROL，使能發送功能時，命令補充說明為LLC_MCBSP_CTIRL_RX_ENABLE，使能接收功能時，命令補充說明為LLC_MCBSP_CTRL_TX_ENABLE。
2．2 EDMA配置
2．2．1 EDMA配置原理
EDMA中傳輸的數據種類有3種：ARRAY，BLOCK，FRAME，分別對應3種不同類型的傳輸。首先是一維傳輸，即每一個EDMA事件觸發的傳輸只傳輸一個ARRAY，該ARRAY所包含的字節數由參數RAM里的參數ACNT決定。然后是二維傳輸，每一個EDMA事件觸發傳輸一個FRAME，每個FRAME里包含的ARRAY數由參數BCNT決定。以此類推。三維傳輸即每次傳輸一個BLOCK，每個BLOCK里包含的FRAME數由參數CCNT決定。
TMS320DM6437的EDMA共有128個參數RAM，其中存放每個EDMA通道需要的各個傳輸控制參數，參數RAM的默認對應關系為：EDMA EVENTO對應參數RAMO，EDMAEVENT1對應參數RAM1，等。以此類推。但是也可以在DCHMAPO-63寄存器里修改相應位自行對應。參數RAM的具體結構如圖2所示。