DMA結合McBSP在數據采集系統中的應用設計

作者Email: zk9729@yahoo.com.cn

摘 要：本文介紹了TMS320VC5402 DSP的存儲器直接存儲控制DMA的特點，給出了一種適用的DMA結合多通道緩沖串行口McBSP組成的數據采集系統的設計方案，該設計具有設計靈活、硬件簡單、CPU執行效率高的特點。

關鍵詞：DSP；DMA；McBSP

1.引 言

通用數字信號處理器（DSP）以其強大的數據處理能力在高速數字信號處理方面得到廣泛的應用。美國TI公司是DSP領域影響最大的公司之一，TMS320VC5402（以下簡稱C5402）是該公司TMS320C54x系列DSP的代表產品，它以其極高的性價比而成為目前應用最為廣泛的DSP芯片之一。

在以C5402 DSP為核心組成的數據采集系統中，用戶一般需要在采集完一段數據后對其進行處理。采用查詢方式采集數據會占用大量CPU的資源，采用中斷方式來采集數據雖可以提高CPU的利用率，但是在采集數據的每個時刻還是由CPU來完成，同時降低了程序的可讀性。本文設計的數據采集系統利用C5402的存儲器直接存儲控制DMA與多通道緩沖串行口McBSP結合來設計系統，使得CPU正常工作與DMA數據采集并行進行，提高了DSP的運行效率。

2. C5402 DMA的特點

C5402存儲器直接存儲控制DMA能在不占用CPU資源的情況下，實現DSP存儲器間數據的自由傳送。C5402有6個可獨立編程的DMA通道，每個DMA通道受各自的5個16位寄存器控制：源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、單元計數寄存器DMCTR、同步事件和幀計數寄存器DMSFC、發送模式控制寄存器DMMCR。

1. 源地址寄存器DMSRC規定DMA要傳送源數據的首地址。這些地址可以指向DSP內部存儲器、外部存儲器、片內外設和一些特殊的外部裝置。

2. 目的地址寄存器DMDST規定DMA要傳送數據目的地址的首地址。這些目的地址可以是DSP內部存儲器、外部存儲器、片內外設和一些特殊的外部裝置。

3. 單元計數寄存器DMCTR規定DMA傳送數據的個數為DMCTR寄存器的值加1個。

4. 同步事件和幀計數寄存器DMSFC規定DMA傳送數據的同步事件類型和傳送一塊數據所含幀信號的個數：

DBLW位設置DMA工作在單字模式（=0b）或雙字模式（=1b）。工作在單字模式時每個數據單元設置為16位，雙字模式時每個數據單元設置為32位。

Frame Count位設置每塊數據所含幀信號的個數。

DSYN位設置選擇如下方式作為DMA同步事件：

0000b：無同步事件。
0001b：McBSP0接收事件（REVT0）。
0010b：McBSP0發送事件（XEVT0）。
0101b：McBSP1接收事件（REVT1）。
0110b：McBSP1發送事件（XEVT1）。
1101b：定時器0中斷事件。
1110b：外部中斷3（INT3）中斷事件。
1111b：定時器1中斷事件。
其它：保留。

5.傳輸模式控制寄存器DMMCR規定了DMA通道的傳輸模式：

AUTOINIT位是DMA自動初始化設置位，可設置成自動初始化使能（=1b）和自動初始化不使能（=0b）。當DMA工作在自動初始化模式時，CPU在一個DMA事件完成后自動裝載下一個DMA初始化設置并繼續進行數據傳送。

DINM位和IMOD位設置DMA中斷產生方式。DINM=0時DMA中斷被屏蔽，當DINM=1時中斷按IMOD位設置產生。

CTMOD位設置發送計數模式控制，DMA可工作在多幀模式（=0b）和自動緩沖ABU模式（=1b）。

SIND位和DIND位用來設置源地址和目的地址的自動調整方式，可選擇如下方式：不調整（=000b）、訪問后自動加1（=001b）、訪問后自動減1（=010b）、訪問后按照單元地址索引寄存器DMIDX0的設置進行調整（=011b）、訪問后按照單元地址索引寄存器DMIDX1的設置進行調整（=100b）、訪問后按照單元地址索引寄存器DMIDX0和幀地址索引寄存器DMFRI0的設置進行調整（=101b）、訪問后按照單元地址索引寄存器DMIDX1和幀地址索引寄存器DMFRI1的設置進行調整（=110b）、保留（=111b）。

DMS位和DMD位用來選擇源數據和目的數據所存的空間，可選擇成程序空間（=00b）、數據空間（=01b）、I/O空間（=10b）或保留（11b）。

此外，DMA的6個通道還受通道優先級和使能控制寄存器DMPREC控制。在這個寄存器中相應的DPRC位置1選擇相應的通道為高優先級，相應的DE位置1選通相應的通道為使能通道并開始工作。

3. 接口設計

在這個系統中，使用的A/D數據轉換芯片是語音信號編碼解碼芯片TLC320AD50。它是TI公司生產的一個16位、音頻范圍、內含抗混疊濾波器和重構濾波器的串行模擬接口芯片。它完成語音信號的數字化采樣，并將轉換完的數據傳給DSP進行后續處理。

C5402提供兩個高速、全雙工、多通道緩沖串行口McBSP。它依靠三個信號實現發送數據和接收數據：數據線D（R/X）、幀同步線FS（R/X）和移位時鐘線CLK（R/X）。DX和DR引腳完成與外部設備進行通信時數據的發送和接收，由CLKX、CLKR、FSX、FSR實現時鐘和幀同步的控制。發送數據時，CPU將要發送的數據寫到發送數據寄存器DXR，在FSX和CLKX作用下，由DX引腳輸出。接收數據時，來自DR引腳的數據在FSR和CLKR作用下，從數據寄存器DRR中讀出數據。CLKX、CLKR、FSX、FSR既可以由內部采樣率發生器產生，也可以由外部設備驅動。

設置DMA1通道與McBSP1通道結合來讀取TLC320AD50轉換完的數據。選擇McBSP1通道的接收寄存器DRR11（41h）為DMA傳送數據的首地址，并選擇源地址工作在訪問后不調整方式，選擇DMA通道同步事件McBSP1接收事件為DMA同步事件，來實現DMA和McBSP的結合。TLC320AD50轉換完的數據按McBSP1的設置被送到C5402內部接收寄存器DRR11中，再由DMA將DRR11中的數讀到指定數據存儲區來完成數據采集。DMA在傳送外部來的數據時不會影響CPU的正常運行，當DMA采集完一組規定個數的數據后產生一個DMA中斷事件中斷CPU，來通知CPU對其進行相應的處理，此時DMA可以按照設定繼續采集下一組數據，實現了數據采集與CPU處理的并行操作。圖1為系統硬件接口設計。

4. 軟件設計

本系統軟件由C5402初始化程序、McBSP1初始化程序、TLC320AD50初始化程序、DMA1通道初始化程序和數據處理程序構成。圖2為本系統軟件流程圖。

C5402初始化程序完成DSP堆棧、CPU時鐘和運行狀態的設置。

McBSP1初始化程序設置McBSP1的工作狀態：運行在時鐘自由運行狀態下，接收/發送幀同步信號和移位時鐘信號都由外界驅動，每幀一字，每字16位，接收數據和發送數據都無延時。

TLC320AD50初始化程序完成TLC320AD50相關寄存器的設置：選擇INP/INM為模擬信號輸入端，15+1位ADC和15+1位DAC模式，工作在主機模式，不帶從機，采樣頻率為10.67KHz，模擬信號輸入和輸出放大增益均為0dB。

DMA1通道初始化程序初始化DMA1，具體程序如下：

……
stm#0005h， 55h ；選擇DMA1通道
stm#0041h， 56h ；設置McBSP1接收端為DMA事件的源地址
stm#0200h， 56h ；設置DMA事件的目的地址
stm#0100h-1，56h ；設置直接傳送數據個數為0100h個
stm#5000h， 56h ；設置McBSP1接收同步模式，一幀接收一個字
stm#404dh， 56h ；設置DMA工作在多幀模式，源地址不調整，目的地址按單元地址索引寄存器DMIDX0的值為步長進行調整
stm#20h， 55h
stm#0001h， 57h ；設置單元地址索引寄存器DMIDX0的值為1
stm#0282h， 54h ；設置DMA1通道為高優先級并使能DMA1通道
……

5. 結束語

本文提出的DMA結合多通道緩沖串行口McBSP組成數據采集系統的實現方法，大大減少CPU的工作量，簡化軟件設計，有效地利用DSP的硬件資源，提高信號采集系統的執行效率,已經在本校信號處理實驗室的DSP系統中得到很好的應用。