dMAX及其結(jié)構(gòu)

　　dMAX（Dual Data Movement Accelerator,，雙向數(shù)據(jù)傳輸加速器）是TI公司的DSP芯片C6727B特有的一種片內(nèi)設(shè)備,。應(yīng)用dMAX和EMIF（External Memory Interface，外部存儲(chǔ)器接口）可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)RAM,、片內(nèi)和片外設(shè)備以及兩個(gè)片外設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸,。dMAX模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 dMAX內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　從圖中可以看出,，dMAX主要由事件和中斷處理模塊,、事件編碼器,、傳輸事件模塊等組成。事件模塊分成高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)兩個(gè)相互獨(dú)立的模塊,，各自有獨(dú)立的事件入口和事件參數(shù)表,，和CPU有獨(dú)立的接口。使得dMAX可以同時(shí)處理兩個(gè)不同的事件,。當(dāng)訪問CPU端口時(shí),，MAX0的優(yōu)先級(jí)高，MAX1的優(yōu)先級(jí)低,。dMAX能夠通過執(zhí)行先進(jìn)的一維,、二維與三維數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器傳輸工作，從而使DSP得以專注于信號(hào)處理任務(wù),，顯著提高系統(tǒng)性能,。適合圖像的子幀提取或者語音信號(hào)的子信道提取。

　　DSP內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換中心在dMAX的控制下,，可以實(shí)現(xiàn)片內(nèi)RAM,、EMIF以及HPI接口之間的數(shù)據(jù)交換。本文介紹在dMAX控制下,，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)RAM和EMIF接口之間的數(shù)據(jù)交換,。如果DSP采用普通的異步接口方式，數(shù)據(jù)傳輸需要建立,、選通和保持3個(gè)階段，最少需要5個(gè)EMIF時(shí)鐘（建立和保持各1個(gè)時(shí)鐘,，選通3個(gè)時(shí)鐘）,。為了保證通信的可靠性，一般采用10個(gè)EMIF時(shí)鐘（建立3個(gè)時(shí)鐘,，保持2個(gè)時(shí)鐘,，選通5個(gè)時(shí)鐘）。而EMIF時(shí)鐘最快為133MHz,；這樣,，采用異步接口的通信速率一般為13.3M×32b/s（采用32位數(shù)據(jù)總線寬度）。此外,，異步接口數(shù)據(jù)傳輸必須在CPU的參與下,，使用指令實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)搬移。將占用大量的CPU開銷,，在很多高速的數(shù)據(jù)采集和處理中,，將降低系統(tǒng)的整體性能。為此,，采用dMAX實(shí)現(xiàn)嵌入式FIFO數(shù)據(jù)傳輸克服異步傳輸?shù)娜秉c(diǎn),，其傳輸采用突發(fā)讀寫方式進(jìn)行,，可以連續(xù)突發(fā)讀寫8個(gè)數(shù)據(jù)，一共只需要20個(gè)時(shí)鐘,，通信速率提高為53.2M×32b/s,，提高4倍讀寫速率。還可以采用和DMA后臺(tái)運(yùn)行,，這樣將大大降低整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫的開銷,，從而可以實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜和可靠的算法處理。

　　嵌入式FIFO設(shè)計(jì)

　　嵌入式FIFO的設(shè)計(jì)主要就是控制FIFO的7個(gè)參數(shù),。這7個(gè)參數(shù)分別為基地址,、空間大小、空標(biāo)志,、滿標(biāo)志,、錯(cuò)誤標(biāo)志、讀指針和寫指針,。它們之間的關(guān)系如圖2所示,。

圖2 FIFO結(jié)構(gòu)示意圖

　　基地址和空間大小用于規(guī)劃出一段內(nèi)存空間，該內(nèi)存空間用于FIFO設(shè)備,，并被FIFO設(shè)備保護(hù)起來,，使得其他設(shè)備和程序不能訪問該空間。為了便于操作方便,，空間大小一般為2的整數(shù)次冪,，但不做要求。具體到C6727B型號(hào)的DSP,，空間大小最大為1M個(gè)元素,，元素大小可以是8位、16位或者32位數(shù)據(jù),，不能為其他類型的數(shù)據(jù),。基地址可以為內(nèi)存空間的任何一個(gè)地址,，同樣為了操作方便,，一般為空間大小的邊界點(diǎn)。例如,，8個(gè)元素的FIFO,，其基地址一般為XXXXX000b，也就是地址的低3位為0,，基地址就肯定為8的整數(shù)次,。同樣，64個(gè)元素的FIFO,，其低6位為0,?；刂泛涂臻g大小的特殊要求避免訪問時(shí)的地址跨越多頁問題，可以提高FIFO的訪問速度,。

　　空標(biāo)志和滿標(biāo)志用于表示FIFO的存儲(chǔ)狀態(tài),。讀指針和寫指針用于表示讀寫的當(dāng)前地址。錯(cuò)誤標(biāo)志表示對(duì)FIFO的錯(cuò)誤操作,。當(dāng)FIFO處于滿標(biāo)志情況下仍然寫FIFO,，或者FIFO處于空標(biāo)志情況下仍然讀FIFO，F(xiàn)IFO都將終止當(dāng)前操作,，并將錯(cuò)誤標(biāo)志置位,。

　　FIFO的寫操作只有一種工作方式，即每次寫一個(gè)新的數(shù)據(jù),，寫指針加1,，直到寫滿。而FIFO讀操作有兩種工作方式,，分別為標(biāo)準(zhǔn)操作和多階延遲（Multi-tap Delay Transfer）操作,。標(biāo)準(zhǔn)操作和寫操作一樣。多階延遲操作一般用于濾波處理,，當(dāng)需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理時(shí)候,，每次希望從FIFO讀取一段窗口的數(shù)據(jù)，進(jìn)行濾波處理,，數(shù)據(jù)窗口仍然只移動(dòng)一個(gè)數(shù)據(jù),。在標(biāo)準(zhǔn)操作情況下，如果讀取一段窗口的數(shù)據(jù),，F(xiàn)IFO則將該段窗口的數(shù)據(jù)全部彈出,。多階延遲操作則只彈出一個(gè)數(shù)據(jù)。該操作方法對(duì)語音或者AD采樣數(shù)據(jù)的平滑,、FIR等濾波非常適用。需要注意的是,，多階延遲操作的數(shù)據(jù)窗大小需要設(shè)置,，如果FIFO存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)小于數(shù)據(jù)窗，F(xiàn)IFO則終止當(dāng)前操作,，并給出錯(cuò)誤標(biāo)志,。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　C6727B和其他DSP有一個(gè)較大的區(qū)別，就是C6727B不再提供專門的外部中斷引腳,，而是采用GPIO引腳和dMAX配合使用,，通過寄存器的設(shè)置將GPIO引腳配置成外部中斷引腳。本文為了實(shí)現(xiàn)FIFO的實(shí)時(shí)操作,，一旦外設(shè)向FIFO寫入數(shù)據(jù),，即發(fā)出中斷信號(hào)到DSP的CPU,，通知CPU讀取數(shù)據(jù)。為此,，需要使用1個(gè)外部中斷引腳,，將C6727B的音頻串口的AXR[8]配置成通用的GPIO引腳，并在dMAX中設(shè)置成中斷引腳,。此時(shí)需要將音頻串口的CONFIGMACSP0寄存器設(shè)置為0x0001,，如圖3所示。此時(shí)音頻串口不能再作為普通的音頻口使用,，而是配置成IO接口,。

圖3 中斷功能設(shè)置框圖

　　從圖3中可以看出，配置好音頻串口后,，一旦AXR[8]引腳有上升沿到,，則McASP0激活dMAX的事件26，向CPU發(fā)送內(nèi)部中斷13,。McASP的與中斷相關(guān)的寄存器配置是實(shí)現(xiàn)以上方案的重點(diǎn),。使用PFUNC寄存器將其配置成通用IO引腳；PDIR寄存器控制IO引腳的方向,；如果是輸出引腳則由POUT引腳輸出高低電平,，如果是輸入引腳，則由PDIN寄存器讀出該引腳的狀態(tài),；此外,，可以使用PDCLR和PSET寄存器清除或者設(shè)置輸出引腳的狀態(tài)。

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括McASP的初始化,、dMAX的初始化,、FIFO的初始化、中斷使能等,。系統(tǒng)主程序只需要等待中斷進(jìn)行相應(yīng)的處理,，主要的數(shù)據(jù)傳輸工作都是dMAX按照軟件配置自動(dòng)完成，不需要CPU參與,。圖4是實(shí)現(xiàn)由外設(shè)寫FIFO,，DSP讀取FIFO數(shù)據(jù)的流程。圖中虛線部分表示由dMAX獨(dú)立完成的工作,，實(shí)線部分表示由CPU完成的工作,。兩者之間通過內(nèi)部中斷方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)的交流。

圖4 系統(tǒng)軟件流程

　　為了提高FIFO的讀寫速率,，一般采用突發(fā)方式進(jìn)行讀寫,。突發(fā)方式的讀時(shí)序如圖5所示。寫時(shí)序和讀時(shí)序類似,。突發(fā)方式一次最多只能讀寫8個(gè)數(shù)據(jù),，也可以一次突發(fā)讀寫4個(gè)或者2個(gè)數(shù)據(jù),。突發(fā)讀寫時(shí)數(shù)據(jù)的建立和保持時(shí)間最少可以設(shè)置成1個(gè)時(shí)鐘周期，如圖中所示,。但為了通信可靠,，一般采用2個(gè)時(shí)鐘周期。突發(fā)方式最大的節(jié)省時(shí)間是連續(xù)的其他數(shù)據(jù)將不再需要建立和保持周期,，而是直接進(jìn)行讀寫,，一般只需要兩個(gè)時(shí)鐘周期就可以完成一個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫。最快情況下,，突發(fā)讀寫8個(gè)數(shù)據(jù)只需要20個(gè)時(shí)鐘周期,，讀寫速率達(dá)到53.2M×32b/s，滿足大部分設(shè)備的要求,。

圖5 突發(fā)讀時(shí)序圖

　　總結(jié)

　　dMAX的特有結(jié)構(gòu)使得其可以實(shí)現(xiàn)嵌入式FIFO,。本文介紹了基于C6727B的dMAX的基本結(jié)構(gòu)以及基于dMAX的嵌入式FIFO軟硬件設(shè)計(jì)，設(shè)置通用GPIO引腳作為中斷,，為了加快FIFO的傳輸速率,，使用突發(fā)讀寫方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。