C6000與C2000系列DSP之間串行數(shù)據(jù)通訊的研究與實現(xiàn)
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TI公司的TMS320LF2407為16位定點DSP微控制器，內(nèi)嵌有看門狗定時器（WDT）、CAN總線控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、串行外設(shè)接口(SPI)、異步串行口(SCI)等多種外設(shè)模塊，并有大量輸入輸出引腳（GPIO），可以滿足控制系統(tǒng)多方面的控制需求。但由于TMS320LF2407的指令周期最短為25ns(40MHz主頻)，對于數(shù)據(jù)處理運算量特別大的系統(tǒng)，其運算速度略顯不足。
多數(shù)數(shù)字圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)既要求系統(tǒng)有強大的數(shù)據(jù)處理能力，以滿足對圖像處理的實時性要求，又要求系統(tǒng)有強大的控制能力，以便實現(xiàn)對外部眾多設(shè)備的控制。在實際應(yīng)用系統(tǒng)中，將TMS320C6711作為處理器完成數(shù)字圖像的實時處理，TMS320LF2407作為控制器完成系統(tǒng)的控制功能，便可兼顧系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力與外部設(shè)備控制能力。這樣的系統(tǒng)要求在TMS320C6711和TMS320LF2407之間建立有效的數(shù)據(jù)交換通道，本文所介紹的設(shè)計思想就是基于以上工程需要提出的。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)為嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)由下位機TMS320C6711處理，處理結(jié)果采用異步串口通訊的方式傳送給上位機TMS320LF2407，TMS320LF2407將采集到的模擬量、開關(guān)量等參數(shù)，與通過異步串口接收到的圖像處理結(jié)果一起通過CAN總線向遠程監(jiān)控終端發(fā)送。
TMS320C6711的多通道緩沖串行接口McBSP與TMS320LF2407的SCI模塊，通過特定的軟硬件設(shè)計可以支持使用標準格式的異步數(shù)字通訊。通訊數(shù)據(jù)的格式為:一個起始位、數(shù)據(jù)(長度可通過編程在16位～8位內(nèi)可選)位、可供選擇的奇/偶/非極性位、一個或兩個停止位，如圖2所示。
1.1 McBSP接口
McBSP的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。McBSP可以分為數(shù)據(jù)通道和控制通道兩部分。數(shù)據(jù)發(fā)送引腳（DX）和數(shù)據(jù)接收引腳（DR）分別負責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，發(fā)送時鐘引腳(CLKX)、接收時鐘引腳(CLKR)、發(fā)送幀同步引腳(FSX)和接收幀同步引腳(FSR)提供串行時鐘和控制信號。CPU和DMA控制器通過外設(shè)總線與McBSP進行通訊。當發(fā)送數(shù)據(jù)時，CPU和DMA將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器(DXR1，DXR2)，接著復(fù)制到發(fā)送移位寄存器(XSR1，XSR2)，通過發(fā)送移位寄存器輸出至DX引腳。同樣,當接收數(shù)據(jù)時，DR引腳上接收到的數(shù)據(jù)先移位到接收移位寄存器(RSR1，RSR2)，接著復(fù)制到接收緩沖寄存器(RBR1，RBR2)，RBR再將數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)接收寄存器(DRR1，DRR2)中，并通過串口事件通知CPU或DMA讀取數(shù)據(jù)。這種多極緩沖方式使得片內(nèi)數(shù)據(jù)通訊和串行數(shù)據(jù)通訊能夠同時進行。
1.2 SCI接口
SCI模塊支持CPU和其他使用標準格式的異步設(shè)備間的通訊。它具有SCIRXD(串行數(shù)據(jù)接收端)和SCITXD(串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)兩個I/O引腳。在全雙工模式下具有一個發(fā)送器(包括SCITX2BUF及其主寄存器TXSHF)、一個接收器(包括SCIRXBUF及其RXSHF)。發(fā)送器在SCITXBUF存放要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并每次一位地將數(shù)據(jù)移位至SCITXD引腳；接收時則每次一位地將SCIRXD引腳上的數(shù)據(jù)移入，載入SCIRXBUF和SCIRXEMU給CPU讀取。具有一個可編程的波特率發(fā)生器，可得到超過65 000種不同的可編程速率。SCI為接收器和發(fā)送器提供獨立的中斷請求和中斷向量：如果RX/BKINT ENA位(SCICTL2.1)被置位，當SCI接收到一個完整的幀，并把RXSHF中的數(shù)據(jù)傳送到SCIRXBUF時，這個動作置位RXRDY標志(SCIRXST.6)并啟動一個中斷。如果TX INT ENA位(SCICTL2.0)被置位，則在任何時候，只要SCITXBUF中的數(shù)據(jù)送到TXSHF，發(fā)送器中斷就會被認定，表示CPU可以向SCITXBUF寫。這個動作置位TXRDY標志位，并啟動一個中斷。
2 硬件實現(xiàn)
當TMS320C6711D與TMS320LF2407A進行標準異步串行通訊時，TMS320LF2407A的SCI接口可直接支持該通訊，只需將SCI接口通過內(nèi)部特殊功能寄存器配置為串行接口模式即可。而TMS320C6711D的McBSP除通過內(nèi)部特殊功能寄存器配置成串行接口外，在硬件設(shè)計上還應(yīng)將DR和FSR短接，并與SCI的串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳(SCITXD)相連。這是由于標準異步串行通訊中數(shù)據(jù)線上既包含了幀同步信息，也包含了數(shù)據(jù)信息。SCI的串行數(shù)據(jù)接收引腳（SCIRXD）與McBSP的DX相連。
由于TMS320C6711D與TMS320LF2407A的接口電壓均為3.3V，二者引腳可直接相連，不需要電平轉(zhuǎn)換。McBSP與SCI的串行異步通訊接口電路如圖4所示。
3 軟件參數(shù)的配置與計算
3.1 針對TMS320C6711D
(1)波特率的計算
TMS320C6711D內(nèi)部生成的串行時鐘由系統(tǒng)時鐘頻率SYSCLK和采樣率發(fā)生寄存器決定。MCBSP的內(nèi)部數(shù)據(jù)時鐘頻率即異步波特率由以下公式確定：
MCBSP異步波特率=采樣率發(fā)生寄存器輸入時鐘頻率/(CLKGDV+1)
其中：CLKGDV=采樣率發(fā)生寄存器輸入時鐘頻率/McBSP異步波特率-1。
當采樣率發(fā)生寄存器的CLKSM=1時，采樣率發(fā)生寄存器輸入時鐘頻率=CPU內(nèi)核輸入時鐘/2；
當采樣率發(fā)生寄存器的CLKSM=0時，采樣率發(fā)生寄存器輸入時鐘頻率=CPU內(nèi)核輸入時鐘。
在本系統(tǒng)中，TMS320C6711D的內(nèi)核輸入時鐘為150MHz，采樣率發(fā)生寄存器的CLKSM位設(shè)置為1。若使McBSP異步通訊波特率為312.5kb/s，則依據(jù)以上公式，采樣率發(fā)生寄存器的CLKGDV段參數(shù)應(yīng)配置為239，即十六進制的0xEF。
(2)特殊功能寄存器的初始化
TMS320C6711D內(nèi)部與McBSP配置相關(guān)的特殊功能寄存器主要有：串口控制寄存器（SPCR）、接收控制寄存器（RCR）、發(fā)送控制寄存器（XCR）、采樣率發(fā)生器寄存器（SRGR）、多通道控制寄存器（MCR）、接收通道使能寄存器（RCER）、發(fā)送通道使能寄存器（XCER）、管腳控制寄存器（PCR）。
TMS320C6711的McBSP與TMS320LF2407的SCI模塊通訊時，系統(tǒng)對McBSP的配置要求為：數(shù)據(jù)為單項幀；每幀一個數(shù)據(jù)單元；數(shù)據(jù)單元字長為8bit；時鐘下降沿處接收數(shù)據(jù)；在上升沿處發(fā)送數(shù)據(jù)；幀同步信號高有效；幀同步有效后，在其后的第一個時鐘周期啟動該幀的傳輸，即數(shù)據(jù)延遲為0；異步通信波特率為312.5kb/s。
根據(jù)以上控制要求，TMS320C6711D內(nèi)部與McBSP相關(guān)的特殊功能寄存器的配置參數(shù)如表1所示。
3.2 針對TMS320LF2407A
(1)波特率的計算
TMS320LF2407A內(nèi)部生成的串行時鐘由系統(tǒng)時鐘SYSCLK頻率和波特率選擇寄存器決定。串行通信接口使用16bit波特率選擇寄存器，數(shù)據(jù)傳輸速度可以被編程為65000多種不同的方式。
不同通信模式下的串行通信接口異步波特率由下列方法決定：
BRR=1～65 535時的串行通信接口異步波特率為：
SCI異步波特率=SYSCLK/[(BRR+1)8]
其中：BRR= SYSCLK/(SCI異步波特率8)-1
BRR=0時的串行通信接口異步波特率為：
SCI異步波特率=SYSCLK/16
這里BRR等于波特率選擇寄存器的16位值。
在本系統(tǒng)中，TMS320LF2407A的系統(tǒng)輸入時鐘為25MHz，若使SCI異步通信波特率為312.5kb/s，則依據(jù)以上公式，波特率選擇寄存器參數(shù)應(yīng)配置為9，即十六進制的0x0009。
(2)特殊功能寄存器的初始化
TMS320LF2407的SCI模塊的異步串行通訊配置包括管腳配置、通訊模式配置和中斷配置三方面，相關(guān)的特殊功能寄存器包括復(fù)用控制寄存器(MCRA)、端口數(shù)據(jù)和方向控制寄存器（PADATDIR）、串行通訊接口控制寄存器1和2(SCICTL1和SCICTL2)、通訊控制寄存器（SCICCR）、波特率選擇高字節(jié)寄存器和低字節(jié)寄存器(SCIHBAUD和SCILBAUD)、優(yōu)先級控制寄存器(SCIPRI)、接收狀態(tài)寄存器（SCIRXST）等。
為了實現(xiàn)通訊波特率為312.5kb/s的標準異步數(shù)字通訊，SCI模塊應(yīng)配置為串行通信功能模式，并將特殊功能寄存器配置如表2所示。
4 軟件設(shè)計
系統(tǒng)中TMS320C6711通過McBSP將圖像處理結(jié)果采用主動發(fā)送的方式發(fā)送給TMS320LF2407，后者通過響應(yīng)SCI中斷的方式接收數(shù)據(jù)信息。這兩部分軟件流程框圖如圖5所示。
5 串行通訊初始化程序
TMS320C6711與TMS320LF2407進行串行通訊的軟件設(shè)計難點是McBSP與SCI的初始化程序設(shè)計。初始化程序包括對芯片的管腳配置、通訊模式配置和中斷配置等方面。以下分別給出TMS320C6711的McBSP模塊和TMS320LF2407的SCI模塊的初始化程序模塊。
(1)TMS320C6711的McBSP模塊初始化程序
voidinit_mcbsp0_master(void)
{
MCBSP_Config mcbspCfg0=
{
0x00010001，//配置spcr寄存器
0x000D0000，//配置rcr寄存器
0x00040020，//配置xcr寄存器
0x200000ef，//配置srgr寄存器，
//波特率設(shè)定為312.5kb/s
0x00000000，//配置mcr寄存器
0x00000000，//配置rcer寄存器
0x00000000，//配置xcer寄存器
0x00000b0c//配置pcr寄存器
}；
hMcbsp0=MCBSP_open(MCBSP_DEV0, MCBSP_OPEN_RESET)；
//選用port 0
MCBSP_config(hMcbsp0，mcbspCfg0)；
IRQ_map(IRQ_EVT_RINT0，13)；//映射接收中斷0為
//13號中斷
IRQ_reset(IRQ_EVT_RINT0)；
IRQ_enable(IRQ_EVT_RINT0)；//開中斷
MCBSP_enableRcv(hMcbsp0)；
MCBSP_enableSrgr(hMcbsp0)；//Handle to SRGR
MCBSP_enableFsync(hMcbsp0)；
}
(2)TMS320LF2407的SCI模塊初始化程序
void sci_INIT(void)
{
MCRA=MCRA|0x0003； //設(shè)置引腳SCITXD/IOPA0和
//SCIRXD/IOPA1為串行通訊功能
PADATDIR=0X0100； //設(shè)PA口為輸入口
SCICTL1=0x13；//使能接收和發(fā)送
SCICTL2=0x02； //禁止發(fā)送中斷,使能接收中斷
SCICCR=0X07； //8位字長，1個停止位，空閑線多處
//理器模式，無奇偶校驗
SCIHBAUD=0x00； //波特率設(shè)為312.5kb/s
SCILBAUD=0x09；
SCIPRI=0x00； //接收為高優(yōu)先級中斷
SCIRXST=SCIRXST0xbf；//清除SCI接收中斷標志
SCICTL1=0x33； //保存設(shè)置
}
利用TMS320C6711的McBSP和TMS320LF2407的SCI可以實現(xiàn)異步串行數(shù)據(jù)通訊，具有電路簡單、設(shè)置靈活、數(shù)據(jù)傳輸速度快、性能可靠穩(wěn)定等特點。在此基礎(chǔ)上可成功構(gòu)建主從式雙DSP數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，有效解決單一DSP系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力與控制能力難以兼顧的問題。本文所介紹的設(shè)計方案已在實際應(yīng)用系統(tǒng)中采用，并經(jīng)長時間運行檢驗。實踐證明，此設(shè)計方案是一種有效的多DSP數(shù)據(jù)交換手段。
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