基于DSP的DAM控制技術

摘要：通過分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存儲器訪問（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解決了DSP與8237-5的軟、硬件接口問題，實現了DMA在數字化語言學習系統中的應用。

關鍵詞：DMA DSP HOLD操作

TMS320C2XX是美國TI公司推出的一種低低價格、高性能的16位定點運算數字信號處理器（DSP），它的性價比較高，目前已成為高檔單片機的理想替代品，參通信、語音處理、軍事、儀器儀表、圖像處理等領域得到了廣泛的應用。在以TMS320C2XX為核心的數字化語言學習系統中，為了滿足系統實時性要求，并且提高系統的音質和負載能力，聲卡與存儲器之間的數據傳送已經不能采用程序查詢控制方式，因此我們考慮采用直接存儲器訪問（DMA）控制。直接存儲器訪問控制是指數據傳送時不需要CPU的介入，I/O設備和存儲器直接交換信息。DMA方式的數據傳送與程序查詢方式的數據傳送相比，具有數據傳送速度高、I/O響應時間短、CPU額外開銷小的明顯優點。本文根據課題需要，通過分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存儲器訪問（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解決了DSP芯片TMS320F206與DMA控制器8237-5的軟、硬件接口問題，實現了DMA在數字化語言學習系統中的應用。

1 TMS320C2XX使用HOLD操作的直接存儲器訪問

TMS320C2XX的HOLD操作允許對外部程序、數據以及I/O空間進行直接存儲器訪問。該過程由/HOLD/HOLDA兩個信號控制。

（1）/HOLD。外部設備可以把該引腳驅動到低電平從而請求對外部總線的控制。如果HOLD/INT1中斷線被允許，那么將觸發中斷。

（2）/HOLDA。在響應/HOLD中斷時，軟件邏輯可以使處理器發出/HOLD應答信號，表示它將放棄對其外部總線的控制。根據/HOLDA，外部地址信號（A15～A0）、數據信號（D15～D0）以及存儲器控制信號（/PS，/DS，/BR，/STRB，R/W，/RD，/WE）被置為高阻狀態。

在我們的設計中，HOLD/INT1中斷服務子程序只用于HOLD操作以便控制DMA傳送，因此DSP的斷控制寄存器（ICR）中的方式（MODE）位置為0。此時，中斷線INT1對下降沿和上升沿二者都敏感。當CPU檢測到下降沿時，它完成正在執行的擋前指令，然后迫使程序控制轉到中斷服務子程序。在成功的測試到MODE=0之后，此子程序執行IDLE（空閑）指令。根據IDLE，/HOLDA變為有效而外部總線被置為高阻狀態。只有在檢測到HOLD/INT1引腳上的上升沿之后，CPU才退出IDLE狀態，/HOLDA變為無效，并使外部總線返回到正常狀態。

HOLD操作的子程序將在本文最后結合具有本示例中給出，應該注意的是：IDLE指令應當放在斷服務子程序內以便發出/HOLDA。同時要注意的是：中斷程序代碼禁止除HOLD/INT1之外的所可屏蔽中斷，從而允許/HOLDA和總線的安全恢復。

2 DMA控制器8237-5的工作原理

8237-5是一個高性能的40引腳雙列直插式可編程DMA控制器芯片，可以方便地與DSP微處理器相連，實現我戶口設備與存儲之間數據交換。其內部結構和引腳信號可參閱參考文獻[2]。該控制器通過編程可提供多種類型的控制特，以優化系統性能，增大數據吞吐量，最高數據傳輸速率可達1.5MB/S。

DMA控制器實現DMA傳送的控制原理可用圖1的信息流示意圖表示。現結合該圖將DMA控制原理操作順序說明如下：

①I/O設備準備好后，向DMA控制器（DMAC）發出DMA請求信號DMARQ。

②DMAC向CPU發出總線請求信號BUSRQ。

③按照預定的DMAC占用總線方式，CPU響應BUSRQ，向DMAC發出總線確認信號BUSAK。從這時起，CPU總線控制權交由DMAC接管，開始進入DMA有效周期，如圖1中陰影部分所示。

④DMAC接管總線后，先向I/O設備發出DMA請求的響應信號DACK，表示允許外設進行DMA傳送。然后按事先設置的初始地址和需傳送的字節數，依次發送地址和讀寫命令，使RAM和I/O設備直接交換數據，直至全部數據交換完畢。

⑤DMA傳送結束后，自動撤消向CPU的總線請求信號BUSRQ，從而使BUSAK和DACK相繼變為無效，CPU又重新控制總線，恢復正常工作。

3 DSP與DMA控制器8237-5的接口電路

通過上述分析可以知道，DSP與8237-5的接口關鍵是要解決DSP的/HOLD、/HOLDA信號與8237-5的總線保持請求輸出信號HRQ（即BUSRQ）、總線保持響應輸入信號HLDA（即BUSAK）之間的聯系問題。圖2給出DSP與8237-5的接口電路。

（1）數據線、地址線可以直接相連，8237-5僅使用8根據數據線和地址線。

（2）由于8247-5要向DSP申請對外部總線的控制，所以DSP的/HOLD信號決定于HRQ，而二者的有效電平正發是反相關系；另一方面，當DPS在合適程序代碼的協助下使/HOLDA有效，從而對/HOLD有效作出響應時，它就應該通知DMAC可以獲得總線控制權，那么可以將/HOLDA反相后發給8237-5的HLDA，從而使得該信號變高成為有效，8237-5得以接管總線。因此HLDA、/HOLD信號線的譯碼邏輯關系如下：

HLDA=/HOLDA

/HOLD=HRQ

一次DMA操作的時序關系如圖2所示。

可見，當8237-5任一通道的DREQ被置為有效電平且相應通道的屏蔽位被清除時，就使HRQ信號變為高電平，從而使DSP的/HOLD變低，表示有外部設備請求對外部總線的控制。隨即DSP發出/HOLDA來響應/HOLD，8237-5的HLDA變高，取得總線控制權，并產生相應的DMA響應信號DACK以通知外設。完成DMA周期后，總線又回到正常狀態。

4 軟件編程

實現DMA控制方式的軟件編程主要包括DMA控制器8237-5的初始化、DSP的HOLD操作以及外設初始化相關設置等三部分。根據所實現的具體功能不同，各部分的一些細節可以有所區別。

下面給出DMA控制方式在以DSP為核心的語言學習系統中的一個具體應用。它可以實現DMA方式的采樣和回放，用于兩個人之間的全雙工會話功能。所用外設是聲卡。由于要同時進行采樣和回放，所以8237-5需要使用兩個DMA通道。

4.1 8237-5的初始化

8237-5初始化的一般內容可參閱參考文獻[2]，關鍵在于方式寄存器和命令寄存器的規定。根據全雙工會話功能的具體要求，本例程的方式寄存器和命令寄存器初始化如下：

splk #0049h,60h ；方式寄存器，通道1，讀傳送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，單字節傳送，禁止自動預置。

splk #0047h,60h ；方式寄存器，通道3，寫傳送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，單字節傳送，禁止自動預置。

splk #0000h,60h ；命令寄存器，禁止存儲器

out 60h,dma_command_res 到存儲器傳送，禁止通道0地址保持，允許芯片工作，正常時序，固定優先級，滯寫入選擇，DREQ高電平有效，DACK低電平有效。

4.2 聲卡初始化中的相關設置

聲卡一般默認DMA0=1為回放通道、DMA1=3為采樣通道，這在其PNP初始化中規定。19寄存器用于禁止聲卡并行傳送方式，啟動DMA方式：

splk #0049h,60h ;select 19,MCE=1。

out 60h,534h

splk #001bh,60h ;全校準，禁止PIO方式，允許DMA采樣和回放。

out 60h,535h

聲卡還有幾個與DMA操作有關的寄存器：I14、I15、I30、I31。I14、I15用于設定DMA回放的計數其值，I30、I31則用于設定DMA采樣的計數基值。它可以產生一個中斷以方便用戶做相應處理。

4.3 DSP的HOLD操作中斷服務子程序

inpt1: in dsp_icr,icr ;讀DSP中斷控制寄存器。

Bit dsp_icr,11 ;測試MODE位，判斷是否是HOLD操作。

Bcnd skip_int1,tc ；如果MODE=1，則退出中斷服務子程序。

/以下幾句完成DMA操作/

ready：

lacl imr ;保護中斷屏蔽寄存器。

Splk #0001h,imr ;屏蔽除HOLD/INT1之外的所有可屏蔽中斷。

Idle ;進入HOLD操作。發出/HOLDA，外部總線被置為高阻狀態，等HOLD/INT1引腳上的升沿。

Splk #1,ifr ；HOLD操作已完成（即完成一次DMA傳送）。清HOLD/INT1中斷標志防止再次進入HOLD方式。

Sacl imr ；恢復中斷屏蔽寄存器內容。

/針對全雙工會話功能的必要處理/

int 1_one_speech1：

in temp0,dma_state_res ;讀8237與DMA狀態寄存器判斷是哪個通道的DMA，從而保證DMA采樣與回入交替進行。

bit temp0,14

bcnd unmask3,tc

tib temp0,12

bcnd unmask 1,tc

b skip_int1

unmask3:

splk #0007h,60h ;屏蔽采樣DMA。

out 60h,000fh

b skip_int1

unmask 1:

splk #000dh,60h ;屏蔽回放DMA。

out 60h,000fh

skip_int 1:

clrc INTM

ret

DMA控制方式在DSP中的成功運用解決了系統中存儲器與外設之間數據傳送的速度問題，大大減輕了CPU的負擔，實現了DSP對聲卡DMA方式的錄音與回放、立體聲及全雙工操作，從而可以方便地實現全數字化語言學習系統的各項功能。