DSP接口技術(shù)(精)

1、DSP接口技術(shù)h.WR發(fā)布日期:2005-12-05作者JimRyan來源:電子產(chǎn)品世界隨著數(shù)字信號處理（DSP）在各種應(yīng)用中（從高級消費類產(chǎn)品到高規(guī)格軍事系統(tǒng)）變得更加普遍，電子設(shè)備設(shè)計人員在DSP軟件和硬件開發(fā)領(lǐng)域必須學(xué)習(xí)新的技能。到DSP的接口變換器所有現(xiàn)代的定點和浮點DSP引擎都具有一個串行接口或并行存儲器接口。并行數(shù)據(jù)總線寬度等于DSP的內(nèi)部字長，對于大多數(shù)的定點處理器其字長通常為16位。然而，在某些DSP家庭中其字長為24位，在音頻處理應(yīng)用中需要采用這種特高的分辨率。浮點處理的數(shù)據(jù)總線寬度為32位或更寬。串行接口可全雙工同步操作，而輸入和輸出數(shù)據(jù)以位方式串行格式進行操作。每次傳送的

2、最大位數(shù)通常等于處理器的內(nèi)部數(shù)據(jù)總線寬度，但通?？赏ㄟ^編程以適于接口各種不同的外設(shè)。一般意義上，變換器可以認為是DSP處理器的"存儲器尋址"外設(shè)。可以讀或?qū)懕硎咀儞Q值的數(shù)據(jù)。初看起來，選定變換器和DSP之間所采用的接口類型似乎很容易。在DSP引擎中采用的變換器接口也有兩種基本的接口類型串行和并行。實際上所有DSP都提供串行接口。用于嵌入應(yīng)用的服務(wù)器件只提供串行接口，因為去掉成本高的外部數(shù)據(jù)和地址總線可使器件成本降低。并行接口原來把變換器設(shè)想為接口，讓它們配置在早期計算機的存儲器地址圖中。結(jié)果，變換器表現(xiàn)為處理器的存儲器地址圖中一個地址或一系列地址，使得在一個周期內(nèi)讀（從AD

3、C）或?qū)懀ǖ紸DC）所傳送的變換數(shù)據(jù)。傳送是快速的，可以認為是簡單存儲器存取周期。工作在100MIP和更高指令速率的高速DSP具有非常短的存儲器存儲周期時間。為了成功地與一個變換器接口，往往需要對DSP進行編程，以便在變換器存取周期時間內(nèi)插入等待狀態(tài)。在很多DSP中此特性是可編程的而且單獨地為不同外部存儲器地址區(qū)編程。另一種技術(shù)是利用存儲器認可信號，此信號告知處理器何時準備好供讀或?qū)懙臄?shù)據(jù)。有些DSP為變換器和其他無存儲器外設(shè)（如UART等）提供一個獨立的外部地址區(qū)（或I/O空間）。圖1示出一個并行接口的實例，一個定點DSP到一個12位ADC和一個14位DAC的接口。在此使用了I/O尋址空間，

4、而且具有比較大的尋址空間，需要（或不需要）譯碼來選擇變換器。此例使并行接口的某些缺點顯得很突出，因為DSP和變換器為了支持接口都需要多引腳數(shù)。變換器對可變換的每一數(shù)據(jù)位都需要引腳以及片選（CS）、讀（RD）或?qū)懀╓R）引腳。并行接口的多引腳數(shù)使得芯片和封裝成本比串行接口高。并行接口的優(yōu)點是具有較快和高變換速率（大于IMsample/s），這對于支持所需要的數(shù)據(jù)速率是必需的，而串行接口顯然太慢。從編程觀點看，并行接口易于處理，因為只包含到存儲器或I/O地址的簡單的讀或?qū)?。即使采用高級語言（如C語言）也可以在存儲器區(qū)域表示變量（或用特殊的指令在I/O區(qū)域表示變量）。串行接口串行接口可追朔到第一代微

5、控制器，制造商力圖通過采用3線接口來減少引腳數(shù)，以便連接微控制器與外設(shè)。此方法是有效的，特別是當串行傳送速率大于變換器或外設(shè)所需的數(shù)據(jù)帶寬時更是如此。與并行傳送在一個周期內(nèi)傳送中被傳送的數(shù)據(jù)是以位串行方式傳送，首先傳送的是變換數(shù)據(jù)的最高有效位（MSB）或最低有效位（LSB），在每一個串行時鐘周期一位一位的傳送下去，直到N位變換數(shù)據(jù)的所有N位傳送完為止。此原理已推廣到DSP接口，其所支持的串行傳送率可在幾十兆范圍內(nèi)。串行接口的主要優(yōu)點之一是減少了引腳數(shù)。制造商已提出很多不同的協(xié)議，其中的一些協(xié)議已成為行業(yè)標準，包括串行外設(shè)接口（SPT）、排隊SPI（QSPI）、相互IC總線（I2C）和相互IC語

6、音總線（I2S）。其中SPI和QSPI由Motorola提出，而I2C和I2S由Philips提出。串行接口優(yōu)于并行接口，使得引腳數(shù)減少是有意義的。大部分的定點處理器允許通過其串行端口串行發(fā)送和接收4到16位長的字。因此，為了方便起見，大多數(shù)分辯率高于8位的變換在變換器和DSP之間的數(shù)據(jù)和狀態(tài)傳送用16位字長工作。大多數(shù)DSP的串行端口設(shè)計成工作在全雙工而它們不同于微控制器的一般串行接口，它們用一個幀同步脈沖，通常是一個獨立的引腳（或異步全雙工傳送的兩個引腳）來指示數(shù)據(jù)幀的開始。微控制器的典型串行接口用SCLK（串行傳輸時鐘信號）做為串行數(shù)據(jù)的指示，因此SCLK只有當數(shù)據(jù)有效時才有效。DSP串

7、行接口可與一連續(xù)的SCLK一起工作，此時FS（幀同步）脈沖指示數(shù)據(jù)有效的開始。用一幀同步脈沖成幀或開始串行傳送是DSP的SPORT用來接口變換器最通用的串行格式。因為DSP的SPORT具有較大的靈活性，所以可使變換器成為主或從。變換器可以產(chǎn)生幀同步來開始傳送（變換器是主）或由DSP產(chǎn)生幀同步（變換器是從）。DSP串行接口示于圖2。取樣和變換在任何DSP系統(tǒng)中取樣過程未必意味著變換。信號處理理論要求輸入或輸出信號的取樣率至少必須是所關(guān)心的最高頻率的兩位。以符合Nyquist準則。取樣是一個瞬是過程，在大多數(shù)的變換器中都包含一個在取樣階段采集所需信號電平的模擬取樣電路。在ADC中，被取樣的模擬信號

8、加到變換器，然后被數(shù)字化。其數(shù)字表示直到取樣瞬間之后的某限定時間才有效。在DAC中在取樣瞬間之前新的變換數(shù)據(jù)必須存在于DAC的內(nèi)部寄存器。變換器類型的選擇取決于在混合信號系統(tǒng)中采用什么方法取樣。很多以E技術(shù)為基礎(chǔ)的新式變換器是自定時的自定取樣率中更新率。在此類變換器中由于采用高的過取樣比（OSP），所以其取樣率是更新率HUMS廠SCLKIE?的很多倍。這些器件通常做為"主模式器件"工作，它們借助硬件中斷線的請求服務(wù)促使處理器接受結(jié)果，或者當它們準備好時簡單地傳輸結(jié)果。假若采用非E變換器，則必須選定是借助一個周期硬件定時器確定取樣和變換還是借助一個周期硬件定時器觸發(fā)處理器中的

9、軟件中斷。雖然大多數(shù)現(xiàn)代DSP的指令速度為幾十到幾百兆赫,但由定時器時間輸出條件所產(chǎn)生的服務(wù)中斷有一家的等待時間，很多處理器采用可編程序時器做為其外設(shè)之一。在實時系統(tǒng)中，在其他較高優(yōu)先中斷出現(xiàn)時，在時間輸出事件和有關(guān)中斷服務(wù)程序（ISP）執(zhí)行之間可能存在一個相當長的延遲。假若這是所關(guān)注的問題，則采用一個外部定時器產(chǎn)生周期取樣脈沖是比較合適的。這至少保證變換發(fā)生在正確瞬間，不管軟件等待時間是否導(dǎo)致在變換數(shù)據(jù)的讀或?qū)懼醒舆t。中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序（ISR）通常在信號處理應(yīng)用中用以處理輸入/輸出取樣。模擬信號的取樣和變換數(shù)據(jù)的讀和寫由ISP控制或產(chǎn)生一個ISP。對于并行接口的變換器，其讀和寫可簡單

10、地是一個外存儲器存取周期。然而，在串行接口變換器件，ISR可開始串行傳送或作為串行傳送完畢的結(jié)束。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)將決定發(fā)生在ISR中的處理量。多變換器接口在很多應(yīng)用中，其設(shè)備包含接口多個變換器而不是單個變換器。設(shè)計者的任務(wù)是包括附加的變換器而不增加連接邏輯來支持它們。在便攜嵌入系統(tǒng)中這是很關(guān)鍵的，因為附加的支持邏輯將增加功耗、電路板尺寸和成本。采用并行接口的變換器可帶有連接到DSP數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)總線引腳,這需要一個附加的來自地址譯碼邏輯的選擇線。通常，變換開始脈沖可連接到所有變換器的CONVST引腳。很多新式DSP產(chǎn)品提供存儲器地址間的直接存儲器存?。―MA）通道。如果變換器譯碼到存儲器空間，不

11、用處理器介入而用DMA方法來讀/寫變換器是可能的，在執(zhí)行完時產(chǎn)生一個中斷。假若變換器采用串行接口，則有兩種選擇：硬件多路轉(zhuǎn)換或軟件控制級聯(lián)。大多數(shù)DSP提供一個或兩個SPORT。其中之一對于接口主處理器或處理管理器是需要的。對每個變換器連接專用一個獨立SPORT接口是行不能的。把一系列串行器件連接到一個DSPSPORT的方法是可行的解決辦法。不同的變換器制造廠家用不同的方法解決此問題。設(shè)計人員可選擇時分復(fù)用（TDM）方法或軟件控制級聯(lián)方法。在TDM中，每個器件在一個特定的時隙內(nèi)對SPORT都是有效的。在軟件控制級聯(lián)方法中，所有的器件都成菊花鏈連接在一起。通過鏈，按照鎖存信號或串行協(xié)議借助移位數(shù)據(jù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。采用DSP的設(shè)計的一個共同要求