DSP数据采集系统在DMA控制器中的应用

PCB88475579 2017-12-07 2387

控制/MCU

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描述

　　任何一种自动控制系统都离不开数据采集装置，它的性能直接影响整体系统的工作性能。数据采集装置向着高速、实时方向发展，对数据的传输和控制速度也提出了较高要求。DSP（数字信号处理器）是一种适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器，具有哈佛结构、支持流水线处理、快速的指令周期等优点，因而在嵌入式系统中得到广泛的应用。事实上，以DSP为核心来构建数据采集装置也已经成为一种常用的有效方法。

　　在多任务信号处理系统中，考虑到设计系统的复杂性，经常需要使用双DSP协同工作来构成系统。双DSP系统的优点在于，可以通过计算能力的均匀分布，使系统具有较好的冗余能力、更快的处理速度、模块化的体系结构。正因为双DSP系统的应用越来越广泛，如何解决好双DSP间的数据共享也变得越来越重要。如果需要进行大量数据的高速交换，依靠控制器自带的串口实现数据的串行传输已很难满足需求，必须寻求一种能进行高速数据通信的方法。而采用双端口RAM是解决双DSP之间高速数据通信的有效办法，该方法能够方便地构成各种工作方式下的高速数据传送介质，很好地解决因数据传输速度低所引起的瓶颈问题。

　　随着信息技术的飞速发展，数字信号处理器（DSP）得到了广泛的应用，基于A／D，DSP，D／A的数据采集模式已经被大多数人所接受。在现代生物信号采集方案中，人们不仅要求系统有高速的数据处理能力，而且还要求其有高速的数据处理能力和高精度、多通道的D／A转换能力。

　　基于 TI 公司的 TMS320VC5509 为核心的数据采集系统，着重介绍了如何利用 DSP5509 的 DMA 控制器，实现系统中图像数据的传输功能。

　　基于 DSP5509 的数据采集系统

　　系统采用了 DSP + FP GA 的双核结构，由 CMOS 感光芯片 OV7620 采集图像，得到数据源， FP GA 作为辅助处理器，控制部分外围器件并协助采集数据，DSP 芯片 TMS320VC5509 作为核心芯片，主要负责数据处理。系统结构如图 1 所示：

　　DSP 芯片除了连接电、时钟和J TA G 等其工作所必须电路外，还外接了一块 FLASH 作为程序存储器，一块SDRAM 作为数据存储器。F IFO 作为 CMOS 所采集的图像数据的暂存器，待 DSP 发出特定信号，便可把其内部存储的数据传至 DSP 。

　控制器

　　用 DMA 控制器实现数据传输的思想

　　硬件电路接口

　　DSP 与 F IFO 的接口系统中，F IFO 采用的是 AL422B ，这是一款由AverLogic 公司专门推出的视频帧存储器，它的容量大小为 384 K 3 8bit ，其电路连接如图 2 所示。此款 F IFO 的容量比较大，可以完整存放由OV7620 所采集的一帧图像。F IFO 的具体工作方式为，当系统发出采集信号，DSP 的/ AWE 和/ CE2管脚都输出低电平，通过 FP GA 所实现的或门，使得 AL422B 的/ W 管脚为低，此时 F IFO 可写，图像数据由OV7620 进入 F IFO ;当采集完一帧图像后，DSP 的/ ARE 和/ CE2 管脚都输出低电平，通过 FP GA 所实现的或门，使得 AL422B 的/ R 管脚为低，此时 F IFO 可读，图像数据由 F IFO 进入 DSP 。 31112 DSP 与 SDRAM 的接口

　控制器

　　通过外部存储器接口（ EM IF） DSP 可与 SDRAM 实现无缝连接，系统 SDRAM 采用的是 H YN IX 公司的H Y57V641620 ，其存储容量为 4 3 1M ，连接电路如图 3 所示。

　　DSP 的 CE0 为片选信号，B E02B E1 为字节使能信号，CL KM EM 为同步时钟信号，行选通信号/ SDRAS ，列选通信号/ SDCAS 和写使能信号/ SDWE 分别于SDRAM 的/ RAS 、/CAS 、/WE 管脚相连， DSP 的地址线 A 和数据线 D 直接与 SDRAM 的相连。

　　控制器

　　TMS320 VC5509 的 DMA 控制器的特点

　　DMA 可独立于 CPU 工作; 有 4 个标准端口与内部 DARAM 、SARAM 、外部存储器和外设相连;有一个辅助端口用于 HPI 和存储器之间的数据传输; 具有 6个通道;可以设置每个通道的优先级;每个通道的传输可以由选定事件触发; 当操作完成后，DMA 控制器可向 CPU 发出中断。

　　DMA 传输

　　TMS320VC5509 的存储空间包括统一的数据/ 程序空间和 I/ O 空间，数据空间地址用于访问存储器和内存影射寄存器。DSP5509 的内部地址线为 24 位，但当访问数据空间时使用 23 位地址，并将 23 位地址左移一位，最低有效位置 0 ，使得地址总线传输 24 位地址。故 DSP 在数据空间的寻址范围为 8M ，其 M EMRO Y MA P 如图 4所示。

　　由图 4 可以看到，以 CE0 为片选信号的 4M 容量 SDRAM 占用了 DSP 数寻址空间的 CE02CE1 两个片区，以 CE2 为读写控制信号的 F IFO 始终为 CE2 片区的起始地址0x800000 。F IFO 是作为数据源，且地址固定不变，SDRAM 是作为数据传输的目的，其起始地址为 0x040000 ，且每接收一个数据单元后，地址增加 1 。

　控制器

　　DMA 通道传输的目的端口和源端口由参数寄存器 DMACS2DP 中的 DST （ SRC）字段来确定：

　　当 DST （ SRC） = xx00 时，目的（源）端口为 SARAM ;

　　当 DST （ SRC） = xx01 时，目的（源）端口为 DARAM ;

　　当 DST （ SRC） = xx10 时，目的（源）端口为 EM IF ;

　　当 DST （ SRC） = xx11 时，目的（源）端口为 Perip heral 。

　　DMA 通道在数据传输过程中的地址修改方式由 DMACCR

　　寄存器中的 DST （ SRC） AMODE 字段来确定：

　　当DST （ SRC） AMODE = 00 时，目的（源）地址为固定地址，用于单元传输;

　　当DST （ SRC） AMODE = 01 时，目的（源）地址再每个单元传输完后自动增加，根据数据的位数是 8 位、16 位还是 32 位，地址分别增加 1 、2 或 4 。

　　当DST （ SRC） AMOD E = 10 时，目的（源）地址再每个单元传输完后自动增加一个索引值，索引值由单元索引寄存器 DMACEI/ DMACSEI 确定。

　　当DST （ SRC） AMOD E = 11 时，目的（源）地址再每个单元传输完后按单元索引和帧索引自动增加，索引值由单元索引寄存器 DMACEI/ DMACSEI 和帧索引寄存器 DMACF I/ DMACSF I 确定，又称为双索引。

　　4 程序加载

　　调用 DMA 库函数首先要在头文件中包含 csl - dma. h 文件，文件中定义了一名为 DMA - Config 的结构体如：

　　typedef st ruct {

　　Uint16 dmacsdp ; DMA 通道控制寄存器

　　Uint16 dmaccr ; DMA 通道中断寄存器

　　Uint16 dmacicr ; DMA 通道状态寄存器

　　DMA - Adr Pt r dmacssal ; DMA 通道源起始地址（低字段）

　　Uint16 dmacssau ; DMA 通道源起始地址（高字段）

　　DMA - Adr Pt r dmacdsal ; DMA 通道目的地址（低字段）

　　Uint16 dmacdsau ; DMA 通道目的地址（高字段）

　　Uint16 dmacen ; DMA 通道数据单元数量寄存器

　　Uint16 dmacf n ; DMA 通道帧数寄存器

　　# if DMA DST AND SRC INDEX SU PPOR T

　　- - - - - -

　　对于 5509A ，5510 P G2

　　Uint16 dmacsfi ;

　　Uint16 dmacsei ;

　　Uint16 dmacdfi ;

　　Uint16 dmacdei ;

　　# else 对于 5509 ，5510 P G1

　　Uint16 dmacfi ; DMA 通道帧索引寄存器

　　Uint16 dmacei ; DMA 通道单元索引寄存器

　　# endif

　　} DMA - Config ;

　　在定义了结构体 DMA - Config 后，便可以在主程序中声明所需的配置：

　　DMA - Config myconfig = {

　　。。。。。。

　　}

　　声明配置结构后，需调用 DMA - open 函数初始化 DMA 句柄：

　　DMA - Handle myhDma ;

　　然后打开 DMA 通道 0 ：

　　myhDma = DMA - open （DMA - CHA0 ， 0） ;

　　调用 DMA - config 函数对 DMA 进行配置：

　　myconfig. dmacssal =

　　（DMA - Adr Pt r）（（（ Uint32）（ myconfig. dmacssal）《《 1）

　　&0xFFFF） ;

　　myconfig. dmacdsal =

　　（DMA - Adr Pt r）（（（ Uint32）（ myconfig. dmacdsal）《《 1）

　　0xFFFF） ;

　　配置通道：

　　DMA - config （ myhDma ， &myconfig） ;

　　调用 DMA - start 函数开始 DMA 传送：

　　DMA - start （ myhDma） ;

　　等待 DMA 状态寄存器的帧状态位指示传输结束：

　　while （！ DMA - F GETH （ myhDma ，DMACSR ，FRAM E）） {

　　}

　　关闭句柄：

　　DMA - close （ myhDma） ;

　　着重介绍了如何利用 DSP 的 DMA 控制器在系统中从 F IFO 向 SDRAM 传输数据，经实践检验，此方法结构简单、可靠性高，并实现了 DSP 对并行数据的高速采集，不仅在系统中得到了很好的应用，在其它需要实时数据采集系统中也有很广泛的应用前景。

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