DMA结合McBSP在数据采集系统中的应用

通用数字信号处理器（DSP）以其强大的数据处理能力在高速数字信号处理方面得到广泛的应用。美国TI公司是DSP领域影响最大的公司之一，TMS320VC5402（以下简称C5402）是该公司TMS320C54x系列DSP的代表产品，它以其极高的性价比而成为目前应用最为广泛的DSP芯片之一。 在以C5402 DSP为核心组成的数据采集系统中，用户一般需要在采集完一段数据后对其进行处理。采用查询方式采集数据会占用大量CPU的资源，采用中断方式来采集数据虽可以提高CPU的利用率，但是在采集数据的每个时刻还是由CPU来完成，同时降低了程序的可读性。本文设计的数据采集系统利用C5402的存储器直接存储控制DMA与多通道缓冲串行口McBSP结合来设计系统，使得CPU正常工作与DMA数据采集并行进行，提高了DSP的运行效率。
2. C5402 DMA的特点
C5402存储器直接存储控制DMA能在不占用CPU资源的情况下，实现DSP存储器间数据的自由传送。C5402有6个可独立编程的DMA通道，每个DMA通道受各自的5个16位寄存器控制：源地址寄存器DMSRC、目的地址寄存器DMDST、单元计数寄存器DMCTR、同步事件和帧计数寄存器DMSFC、发送模式控制寄存器DMMCR。
1. 源地址寄存器DMSRC规定DMA要传送源数据的首地址。这些地址可以指向DSP内部存储器、外部存储器、片内外设和一些特殊的外部装置。
2. 目的地址寄存器DMDST规定DMA要传送数据目的地址的首地址。这些目的地址可以是DSP内部存储器、外部存储器、片内外设和一些特殊的外部装置。
3. 单元计数寄存器DMCTR规定DMA传送数据的个数为DMCTR寄存器的值加1个。
4. 同步事件和帧计数寄存器DMSFC规定DMA传送数据的同步事件类型和传送一块数据所含帧信号的个数： DBLW位设置DMA工作在单字模式（=0b）或双字模式（=1b）。工作在单字模式时每个数据单元设置为16位，双字模式时每个数据单元设置为32位。 Frame Count位设置每块数据所含帧信号的个数。 DSYN位设置选择如下方式作为DMA同步事件： 0000b：无同步事件。 0001b：McBSP0接收事件（REVT0）。 0010b：McBSP0发送事件（XEVT0）。 0101b：McBSP1接收事件（REVT1）。 0110b：McBSP1发送事件（XEVT1）。 1101b：定时器0中断事件。 1110b：外部中断3（INT3）中断事件。 1111b：定时器1中断事件。 其它：保留。
5.传输模式控制寄存器DMMCR规定了DMA通道的传输模式： AUTOINIT位是DMA自动初始化设置位，可设置成自动初始化使能（=1b）和自动初始化不使能（=0b）。当DMA工作在自动初始化模式时，CPU在一个DMA事件完成后自动装载下一个DMA初始化设置并继续进行数据传送。 DINM位和IMOD位设置DMA中断产生方式。DINM=0时DMA中断被屏蔽，当DINM=1时中断按IMOD位设置产生。 CTMOD位设置发送计数模式控制，DMA可工作在多帧模式（=0b）和自动缓冲ABU模式（=1b）。 SIND位和DIND位用来设置源地址和目的地址的自动调整方式，可选择如下方式：不调整（=000b）、访问后自动加1（=001b）、访问后自动减1（=010b）、访问后按照单元地址索引寄存器DMIDX0的设置进行调整（=011b）、访问后按照单元地址索引寄存器DMIDX1的设置进行调整（=100b）、访问后按照单元地址索引寄存器DMIDX0和帧地址索引寄存器DMFRI0的设置进行调整（=101b）、访问后按照单元地址索引寄存器DMIDX1和帧地址索引寄存器DMFRI1的设置进行调整（=110b）、保留（=111b）。 DMS位和DMD位用来选择源数据和目的数据所存的空间，可选择成程序空间（=00b）、数据空间（=01b）、I/O空间（=10b）或保留（11b）。 此外，DMA的6个通道还受通道优先级和使能控制寄存器DMPREC控制。在这个寄存器中相应的DPRC位置1选择相应的通道为高优先级，相应的DE位置1选通相应的通道为使能通道并开始工作。
3. 接口设计
在这个系统中，使用的A/D数据转换芯片是语音信号编码解码芯片TLC320AD50。它是TI公司生产的一个16位、音频范围、内含抗混叠滤波器和重构滤波器的串行模拟接口芯片。它完成语音信号的数字化采样，并将转换完的数据传给DSP进行后续处理。
C5402提供两个高速、全双工、多通道缓冲串行口McBSP。它依靠三个信号实现发送数据和接收数据：数据线D（R/X）、帧同步线FS（R/X）和移位时钟线CLK（R/X）。DX和DR引脚完成与外部设备进行通信时数据的发送和接收，由CLKX、CLKR、FSX、FSR实现时钟和帧同步的控制。发送数据时，CPU将要发送的数据写到发送数据寄存器DXR，在FSX和CLKX作用下，由DX引脚输出。接收数据时，来自DR引脚的数据在FSR和CLKR作用下，从数据寄存器DRR中读出数据。CLKX、CLKR、FSX、FSR既可以由内部采样率发生器产生，也可以由外部设备驱动。 设置DMA1通道与McBSP1通道结合来读取TLC320AD50转换完的数据。选择McBSP1通道的接收寄存器DRR11（41h）为DMA传送数据的首地址，并选择源地址工作在访问后不调整方式，选择DMA通道同步事件McBSP1接收事件为DMA同步事件，来实现DMA和McBSP的结合。TLC320AD50转换完的数据按McBSP1的设置被送到C5402内部接收寄存器DRR11中，再由DMA将DRR11中的数读到指定数据存储区来完成数据采集。DMA在传送外部来的数据时不会影响CPU的正常运行，当DMA采集完一组规定个数的数据后产生一个DMA中断事件中断CPU，来通知CPU对其进行相应的处理，此时DMA可以按照设定继续采集下一组数据，实现了数据采集与CPU处理的并行操作。图1为系统硬件接口设计。

4. 软件设计
本系统软件由C5402初始化程序、McBSP1初始化程序、TLC320AD50初始化程序、DMA1通道初始化程序和数据处理程序构成。图2为本系统软件流程图。 C5402初始化程序完成DSP堆栈、CPU时钟和运行状态的设置。
McBSP1初始化程序设置McBSP1的工作状态：运行在时钟自由运行状态下，接收/发送帧同步信号和移位时钟信号都由外界驱动，每帧一字，每字16位，接收数据和发送数据都无延时。 TLC320AD50初始化程序完成TLC320AD50相关寄存器的设置：选择INP/INM为模拟信号输入端，15+1位ADC和15+1位DAC模式，工作在主机模式，不带从机，采样频率为10.67KHz，模拟信号输入和输出放大增益均为0dB。 DMA1通道初始化程序初始化DMA1，具体程序如下： …… stm #0005h， 55h ；选择DMA1通道

stm #0041h， 56h ；设置McBSP1接收端为DMA事件的源地址 stm #0200h， 56h ；设置DMA事件的目的地址 stm #0100h-1，56h ；设置直接传送数据个数为0100h个 stm #5000h， 56h ；设置McBSP1接收同步模式，一帧接收一个字 stm #404dh， 56h ；设置DMA工作在多帧模式，源地址不调整，目的地址按单元地址索引寄存器DMIDX0的值为步长进行调整 stm #20h， 55h stm #0001h， 57h ；设置单元地址索引寄存器DMIDX0的值为1 stm #0282h， 54h ；设置DMA1通道为高优先级并使能DMA1通道 ……
5. 结束语
本文提出的DMA结合多通道缓冲串行口McBSP组成数据采集系统的实现方法，大大减少CPU的工作量，简化软件设计，有效地利用DSP的硬件资源，提高信号采集系统的执行效率,已经在本校信号处理实验室的DSP系统中得到很好的应用。