高速DSP擴展低速接口的實現方法

1、高速DSP擴展低速接口的實現方法        摘要：根據電視監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)項目中存在的高速DSP器件與低速器件接 口的時序不匹配問題，提出了采用高速DSP的SPI口串行通訊和GPIO并行通訊，解決高速DSP 與單片機及PC機之間的接口問題，并給出了通過這種方法擴展鍵盤和LED顯示器的例子和擴 展PC機通訊的例子。關鍵詞：DSP；TMS320C6713；SPI；GPIO 1引言隨著電子技術迅速發(fā)展，在電視監(jiān)控領域中，音視頻圖像信息的傳輸將逐步轉為網絡傳輸方 式。這需要對模擬的音視頻圖像信號進行壓縮和轉換，這種處理必須

2、采用高速的處理器件， 以前最常見的辦法是采用專用的高速壓縮處理器件，而現在高速DSP發(fā)展很快，最高計算速 度達到3 000 M/s，已經能夠直接進行音視頻圖像信號的壓縮和轉換。這種基于DSP的音視頻 圖 像信號的壓縮和轉換方案具有可以便捷升級的特點，一旦產品功能或是算法標準有進步，只 需要升級程序即可，可以減少硬件設計工作量，減少產品設計周期，同時可以保護客戶的投 資，因此這將是今后發(fā)展的方向。在實際的裝置中，除了需要用高速DSP對音視頻圖像信號進行壓縮和轉換外，還需要一些輔 助的功能，例如鍵盤控制、LED狀態(tài)信息顯示以及對云臺鏡頭等的控制。這些事務性工作的 處理量不大，但是需要消耗很多時間，

3、一般采用單片機更合適。因此高速DSP與低速器件 的接口問題成為了主要問題，即如何解決高速DSP與單片機接口是主要的研究任務。本文以TI公司的TMS320C6713高速DSP為例，提出2種解決辦法：(1)將高速DSP的緩沖串口配置為SPI口，實現與單片機接口的方案。(2)將單片機與高速DSP的GPIO并行接口連接的辦法，實現與單片機接口的方案。這兩種方案都僅僅需要DSP或是單片機按照規(guī)定的模式編程，避免了多CPU之間的協(xié)同工作問 題，便于程序編制。這2種方案可以適用于幾乎所有TI公司DSP器件（TMS320C2xxx不需要這樣做）。 2TMS320C6713簡介TMS320C6713是TI公司生

4、產的一種高速數字信號處理器（DSP），他采用先進的超長指令 (VL IW) TMS320C67xTM DSP內核，理論上每時鐘周期可以執(zhí)行8條32 b指令，實際上可以 做到每時鐘周期可以執(zhí)行6條32 b指令。最高時鐘頻率可以達到300 MHz，指令周期最小 3.3 ns；最高運算速度：2 400/1 800MIPs/MFLOPs。為了加快處理速度，DSP內核采用2級CACH E，其中L1級CACHE由4 kB直接程序CACHE和4 kB數據CACHE（分為2路）；L2級CACHE分為64 k B統(tǒng)一存儲器和192 kB附加存儲器。芯片內部有16通道EDMA控制器，能夠高速處理幾乎 所有I /O

5、和存儲器的接口問題，能夠大大提高芯片吞吐速度。外部總的存儲器地址空間最大512 MB，數據寬度為32 b，可以支持SBRAM，SDRAM，SRAM，FALSH和EPROM。TMS320C6713與外 部I/O接口可以通過FFA構造的I/O端口、HPI口、多緩沖串口(McBSP)、SPI口、I2C口等幾 種主要方式。TMS320C6713的內部結構如圖1所示。 3采用SPI接口擴展外部低速接口SPI接口是TMS320C6713的多緩沖串口的一種用法。多緩沖串口McBSP中的傳輸時鐘 具有停止模式控制選項，這就保證了McBSP與SPI協(xié)議的兼容性。SPI接口是一種4根信號線的接口協(xié)議，包含串行數據

6、輸入（MISO）、串行信號輸出 （MOSI） 、移位時鐘（SCK）和從設備使能（SS）信號。SPI是由主設備時鐘控制數據的傳輸過程， 在從設備使能的情況下，主設備內部的數據寄存器與從設備內部的數據寄存器構成一個環(huán)形 寄存器，在主設備的時鐘信號控制下，主設備內部的數據寄存器依次傳入從設備的數據寄存 器中，而與此同時，從設備內部的數據寄存器的數據依次傳入主設備的數據寄存器中。在這 個通訊過程中，完全由主設備的時鐘控制傳輸速度。TMS320C6713的SPI接口既支持主設備模式，也支持從設備模式。TMS320C6713用SPI作為主控端時，由McBSP內部的采樣時鐘發(fā)生器產生時鐘CLKx和從設備使

7、能信號SS，如圖2所示。 這時的主時鐘頻率由SRGR寄存器中的CLKSM位來選擇時鐘源，由CLKG DV設置時鐘的頻率。這時的時鐘頻率需要受到從設備的最高接收時鐘的限制，一般帶SPI接 口的單片機SPI口的最高速度低于4 Mb/s，因此需要使用較低的通訊速率，例如2 Mb/s。TMS320C6713的McBSP串口作為SPI接口時,需要進行初始化。其時序如圖3所示。  在實際通訊中，若DSP的McBSP作為SPI的主設備，則需要分兩次向單片機發(fā)命令，首先發(fā)控 制命令，然后再發(fā)取數命令，便于單片機有足夠的時間響應命令。McBSP作為主設備定時的 時序如圖4所示。單片機平時按照DSP的命

8、令顯示數據，并執(zhí)行鍵盤控制功能，若收到DSP的 命令，則立即停止當前的工作，快速響應DSP的命令，減少DSP的等待時間。在實際應用中，為了控制傳輸速度，需要設置CLKx的時鐘源取自CPU時鐘，并且CLKGDV=95或 是更大。由于分頻后的時鐘占空比為50%，這樣高電平寬度=低電平寬度。這樣CLKx時鐘周期 T為： T=(1+CLKGDV)×P(1)其中P是CPU時鐘周期。若CPU取200 MHz，則P=5 ns，這時CLKGDV=95，則T=480 ns，相應的位傳輸速度為2.1 Mb/s，這是一個較低的速度。由于CLKGDV取值范圍在0255 之間，這時SPI的傳輸速度可以在0.7

9、8200 Mb/s之間變化。另外，還需要注意，DSP的McBSP接口的電壓在3.3 VDC，而外部單片機一般在5 VDC左 右，需要考慮適當的電平轉換接口，例如SN54LVT16373。若是擴展鍵盤、LED顯示器等低速外部接口，可以通過單片機實現，若是構造RS232接口與PC 機通訊時，可以采用MAX3100接口。DSP通過MAX3100與PC機或其他設備之間的異步數據傳輸的原理如圖5所示。由于DSP的接口電 源為3.3 VDC，而MAX3100也可以工作在3.3 VDC，因此可以直接接口，這是需要采用 一款 可以工作于3.3 VDC的RS232接口芯片，SP3232可以工作在3.3 VDC，

10、接口電平符合設計要 求。 MAX3100工作前需要做初始化。在用MAX3100構成RS232接口，與PC機之間異步數據傳 輸時， 一般采用8 b模式，不傳校驗位，通訊速度取9 600115.2 kb/s，接收FIFO打開，部分中 斷打開。當對MAX3100初始化后，MAX3100的UART發(fā)送部分接收SPI數據，按照配置參數，加 上起始位和停止位，并按要求的波特率通過TX按異步串行發(fā)送出去，當發(fā)送緩沖器空后，可 以產生中斷；MAX3100的UART接收部分按照配置參數，以16倍波特率時鐘采樣接收端，若發(fā) 現接收端由高變低作為起始位，然后繼續(xù)以16倍波特率時鐘采樣接收端，按第7，8，9次的 結果

11、確定數據，并根據設置參數，每字節(jié)讀取79位數據，最后根據停止位停止。MAX3100 的接收數據進入接收FIFO中，若達到8 B可以產生中斷，便于DSP快速獲取數據。 4GPIO接口擴展低速外圍接口TMS320C6713的通用IO（GPIO）共有16個，可以用指令直接控制輸入和輸出。GPIO由通用IO 使能寄存器GPEN（GPIO Enable Register）和通用IO方向寄存器GPDIR（GPIO Direction Re gister）控制。使用GPIO前需要對通用IO使能寄存器GPEN和通用IO方向寄存器GPDIR初始化 。對GPIO的控制是通過對GPIO的數值寄存器GPVAL的讀寫實

12、現的。一旦設置好GPEN寄存器和GPD IR寄存器，DSP就可以直接利用GPIO控制外圍的低速IO接口了。但是這樣操作需要DSP用軟件 搜索來實現IO控制，DSP的開銷太大，特別是對鍵盤、LED等需要經常操作的低速接口更是如 此。解決辦法是增加一片89S52單片機(見圖6)。這時可以將16個GPIO口分為8 b數據線和必 要的2根聯絡線。鍵盤和LED顯示可以用單片機來控制，僅僅需要DSP將需要顯示的數據通過 接口傳給單片機，或是單片機將鍵盤數據傳送給DSP，這樣DSP的負擔大大降低。在單片機一 側，可以用中斷實現快速接口，而DSP這一側目前仍然采用搜索/等待的辦法，對需要高速計 算的DSP來說

13、，接口負擔仍然較重。 為了降低DSP用GPIO控制外設的開銷，TMS320C6713專門針對GPIO設計了中斷和EDMA，如圖 7所示。 在GPIO中，僅僅GPIO 0和GPIO 47具有中斷功能，同時所有GPIO都有EDMA功能。 這可以通過對GPIO相應寄存器設置實現。由于采用簡單的接口設計，因此DSP的GPIO采用中 斷 方式更簡單一些，對高速數據計算影響也不是很大。將DSP與單片機的通訊協(xié)議設計為：幀頭： 8位特殊字符；命令： 8位字符；幀長度： 8位字符；數據1： 8位字符；數據 N： 8位字符；CRC校驗： 8位字符。在實際通訊中，當DSP向單片機發(fā)命令時，先發(fā)數據，然后發(fā)字節(jié)同步信號到單片機的INT0 腳（中斷），這樣單片機采用中斷方式快速接收處理。規(guī)定通訊間隙為110 ms，這樣 對兩 者的要求都不高。一旦啟動一幀通訊后，在DSP內部采用定時器的EDMA實現定時發(fā)送，不必 再消耗DSP的資源。在單片機向DSP發(fā)命令時，單片機先發(fā)數據，然后發(fā)字節(jié)同步信號到DSP