基于PSoC3的多通信接口時(shí)的DMA設(shè)計(jì)
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PSoC Creator目前的版本是: PSoC Creator 1.0 Production. 該軟件運(yùn)行界面如下圖4。
圖4 PSoC Creator 運(yùn)行界面
PSoC Creator提供給用戶的設(shè)計(jì)入口如下：
● 原理圖編輯器：該編輯器是創(chuàng)建設(shè)計(jì)的主要工具。支持對設(shè)計(jì)進(jìn)行原理圖編輯。
● 文本編輯器：該工具允許用戶編輯C,匯編，Verilog, C#等語言代碼。
● 設(shè)計(jì)資源編輯器：該工具用于配置整個(gè)設(shè)計(jì)的參數(shù)，包括電源，編譯開關(guān)，調(diào)試開關(guān)，F(xiàn)LASH保護(hù)信息，以及管腳分配等。
● 圖標(biāo)編輯器：允許用戶創(chuàng)建自己的模塊圖標(biāo)
● 其他工具：
- 原理圖宏編輯器：允許用戶對原理圖設(shè)置不同的宏以完成不同的功能。
- 原理圖模板編輯器：允許用戶對原理圖的模板進(jìn)行編輯
- 圖標(biāo)形狀編輯器：允許用戶在創(chuàng)建模塊以及原理圖中使用自定義的形狀。
PSoC Creator在用戶通過設(shè)計(jì)入口完成設(shè)計(jì)之后，對設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的處理并完成最終的結(jié)果輸出。該工具的對工程的構(gòu)建過程如圖5所示。
圖5 PSoC Creator工程構(gòu)建過程
從圖5中可以看出，工程構(gòu)建過程包括以下步驟：
·通過設(shè)計(jì)輸入接口完成設(shè)計(jì)
·綜合器完成對電路圖的綜合，并進(jìn)行布局，布線，映射等工作
·代碼生成器生成對應(yīng)電路的API控制接口
·構(gòu)建器準(zhǔn)備設(shè)計(jì)源文件，讀取構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，獲得構(gòu)建配置，庫文件等信息
·編譯器完成編譯，鏈接器對生成的文件進(jìn)行鏈接
·輸出配置Hex文件。
三、 Cypress PSoC3應(yīng)用于多通訊接口的DMA設(shè)計(jì)
DMA是PSoC3中用于處理快速數(shù)據(jù)搬運(yùn)的模塊。DMA的控制器可以在不需要CPU干預(yù)的情況下處理數(shù)據(jù)的傳輸。通過DMA處理數(shù)據(jù)傳輸可以有效地降低CPU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間。PSoC3內(nèi)置的DMA可以完成四種基本的數(shù)據(jù)傳輸：
·內(nèi)存到內(nèi)存
·內(nèi)存到外設(shè)
·外設(shè)到內(nèi)存
·外設(shè)到外設(shè)
PSoC3中，采用PHUB來連接各個(gè)內(nèi)部設(shè)備。DMA和CPU都需要使用PHUB來完成數(shù)據(jù)傳輸。PHUB上的兩個(gè)主設(shè)備分別是DMA和CPU，而從設(shè)備是內(nèi)存，外設(shè)以及控制和配置寄存器。PSoC3支持多個(gè)DMA的通道，DMA主控制器對通道的請求按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁。單個(gè)DMA的通道可以傳輸高達(dá)64KB的數(shù)據(jù)。
PSoC3的DMA控制器支持如下特性：
·支持24個(gè)DMA通道
·8優(yōu)先級(jí)判決
·128個(gè)事務(wù)描述符
8/16/32 位的數(shù)據(jù)傳輸
·完全可配置的源和目標(biāo)地址
·兼容不同數(shù)端
·在完成數(shù)據(jù)傳輸之后能夠生成中斷
·DMA 向?qū)軌蚣铀倩贒MA 的開發(fā)
·DMA 事務(wù)可以有可編程數(shù)字邏輯或者CPU 觸發(fā)
·支持多個(gè)DMA 通道和描述符的級(jí)聯(lián)以完成復(fù)雜的功能。
3.1 在PSoC Creator 中使用DMA
PSoC Creator 做為PSoC3 和PSoC5 開發(fā)的設(shè)計(jì)工具，其內(nèi)部集成了DMA 模塊來配置DMA 和生成相關(guān)的控制代碼，同時(shí)提供的DMA 向?qū)?shí)現(xiàn)了圖形化操作界面。
DMA 模塊位于組件窗口的System 目錄下，如圖所示。
圖6 DMA 模塊位置
通過拖曳到原理圖編輯器可以放置DMA 模塊，每次拖曳的DMA 會(huì)使用一個(gè)通道。DMA 模塊的輸入輸出地址等需要在代碼中進(jìn)行配置，而通過原理圖配置的都是控制管腳和控制信息。在原理圖上DMA 模塊的表現(xiàn)如下圖7 所示。
圖7 DMA 模塊
它的輸入輸出的管腳共有三個(gè)。
nrq - 輸出管腳。該管教用于表征DMA的傳輸完成，用來通知中斷控制器產(chǎn)生中斷或者用來觸發(fā)其他邏輯。當(dāng)完成傳輸之后DMA會(huì)生成一個(gè)2個(gè)總線周期的脈沖。
drq - 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在觸發(fā)條件選擇為硬件的時(shí)候才可見。該管腳可以連接到產(chǎn)生DMA事務(wù)請求的模塊，觸發(fā)條件可以配置成電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)。
trq - 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在結(jié)束條件選為硬件時(shí)才可見。該管腳觸發(fā)之后，DMA會(huì)停止數(shù)據(jù)傳輸。
在配置完成硬件連接以后，使用配置向?qū)硗瓿蓪MA的如下參數(shù)的配置:
·Byte Per Burst - 每次執(zhí)行Burst傳輸傳送的字節(jié)數(shù)
·Transaction Descriptor 的數(shù)量
·Endian (Big / Little)的配置
·傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)
·目標(biāo)地址
·源地址
·地址遞增模式
·TD連接模式
在PSoC Creator中打開DMA向?qū)Вx擇要配置的DMA，進(jìn)入第一個(gè)頁面如圖8所示。
圖8 DMA 向?qū)?-配置
該界面主要配置目標(biāo)和源地址的范圍。支持地址段在SRAM,FLASH,EEPROM中。其次是配置Burst的字節(jié)數(shù)以及該DMA中的事務(wù)描述符的數(shù)量和連接關(guān)系。在完成該步驟之后，會(huì)進(jìn)入下個(gè)配置界面，主要配置其他的詳細(xì)參數(shù)。如圖9 所示。
圖9 DMA詳細(xì)配置
在圖9中輸入事務(wù)描述符號(hào)的參數(shù)。其中最為常用而且重要的參數(shù)包括：源地址，目標(biāo)地址，地址遞增模式，以及事務(wù)描述符的連接模式。在完成該步驟之后，點(diǎn)擊下一步，就會(huì)生成相應(yīng)的配置代碼，如圖10所示。
圖10 DMA 生成代碼
復(fù)制上述代碼到程序的初始化模塊中，并對需要的地方進(jìn)行細(xì)微的修改，就可以完成DMA的初始化。在程序運(yùn)行時(shí)，DMA會(huì)根據(jù)請求自動(dòng)把數(shù)據(jù)從源地址搬運(yùn)到目標(biāo)地址。
3.2 DMA應(yīng)用于多通訊端口實(shí)例
DMA的數(shù)據(jù)傳輸可以極大提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐率。以一個(gè)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)通過SPI接收別的系統(tǒng)的輸入，并通過UART傳送到主機(jī)系統(tǒng)中。圖11給出了基于傳統(tǒng)MCU和基于PSoC3 DMA的兩種程序流程圖進(jìn)行比較（不考慮兩種傳送速率不匹配的情況）。
圖11 (a) 傳統(tǒng)MCU設(shè)計(jì) (b) PSoC3 DMA的設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的MCU需要初始化SPI和UART通訊模塊，并配置兩者的中斷。當(dāng)SPI的Buffer滿了之后，就產(chǎn)生中斷，中斷程序首先中止新的SPI傳輸，然后檢測UART的Buffer，如果不為空就等待舊的數(shù)據(jù)傳送完。為空之后就把SPI的數(shù)據(jù)復(fù)制到TX Buffer 并打開SPI接收后續(xù)數(shù)據(jù)。
基于PSoC3 DMA的設(shè)計(jì)中，可以基于原理圖實(shí)現(xiàn)上述的邏輯。如圖12所示。
圖12 系統(tǒng)邏輯圖
當(dāng)SPI的Full信號(hào)和UART的Empty信號(hào)同時(shí)有效的時(shí)候，觸發(fā)DMA傳輸，把SPI Buffer中的數(shù)據(jù)傳送到UART的Buffer中。不需要CPU的干預(yù)就能夠完成多通訊口之間的數(shù)據(jù)共享。
該通訊實(shí)例只是為了表明DMA在多通訊端口數(shù)據(jù)傳輸中的作用。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，DMA可以操作的通訊端口包括：
·USB的端點(diǎn)
·UART的Buffer
·SPI的Buffer
·I2S的Buffer
·其他各種自定義的通訊協(xié)議
通過DMA可以高效的實(shí)現(xiàn)通訊接口之間的如下操作：
·各通訊端口之間的數(shù)據(jù)搬移
·通訊端口Buffer到PSoC3數(shù)字和模擬模塊之間的傳輸
·通訊端口Buffer自動(dòng)存放到內(nèi)存之中
·內(nèi)存到通訊口的數(shù)據(jù)搬移
·數(shù)字、模擬模塊到通訊口的數(shù)據(jù)搬移
四、 總結(jié)
Cypress PSoC3處理器集成了多種可編程的數(shù)字模擬資源以及布線資源，以及一些專用的通訊和控制設(shè)備，可以極大地方便各種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。PSoC Creator作為PSoC3的開發(fā)工具，能夠提供基于原理圖，功能組件的設(shè)計(jì)模式。使得用戶能夠用簡單有效的方式來完成復(fù)雜的可編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
通訊作為嵌入式系統(tǒng)的重要部分，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要占用一定的CPU時(shí)間來處理。本文介紹的基于PSoC3的新設(shè)計(jì)方式，采用DMA高效的處理嵌入式系統(tǒng)通訊而不占用CPU處理時(shí)間，同時(shí)還可以基于PSoC3的靈活配置實(shí)現(xiàn)多路DMA并行操作以降低系統(tǒng)硬件成本。這種新方式能夠極大地提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐能力和系統(tǒng)運(yùn)行效率。
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