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，外部存儲器接口）可以實現(xiàn)片內(nèi)RAM,、片內(nèi)和片外設(shè)備以及兩個片外設(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)先級和低優(yōu)先級兩個相互獨立的模塊,，各自有獨立的事件入口和事件參數(shù)表，和CPU有獨立的接口,。使得dMAX可以同時處理兩個不同的事件,。當訪問CPU端口時，MAX0的優(yōu)先級高,，MAX1的優(yōu)先級低,。dMAX能夠通過執(zhí)行先進的一維、二維與三維數(shù)據(jù)的存儲器傳輸工作,，從而使DSP得以專注于信號處理任務(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個階段，最少需要5個EMIF時鐘（建立和保持各1個時鐘,，選通3個時鐘）,。為了保證通信的可靠性，一般采用10個EMIF時鐘（建立3個時鐘,，保持2個時鐘,，選通5個時鐘）,。而EMIF時鐘最快為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實現(xiàn)嵌入式FIFO數(shù)據(jù)傳輸克服異步傳輸?shù)娜秉c,，其傳輸采用突發(fā)讀寫方式進行，可以連續(xù)突發(fā)讀寫8個數(shù)據(jù),，一共只需要20個時鐘,，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后臺運行,，這樣將大大降低整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫的開銷，從而可以實現(xiàn)更加復(fù)雜和可靠的算法處理,。

　　嵌入式FIFO設(shè)計

　　嵌入式FIFO的設(shè)計主要就是控制FIFO的7個參數(shù),。這7個參數(shù)分別為基地址、空間大小,、空標志,、滿標志、錯誤標志,、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型號的DSP,，空間大小最大為1M個元素，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)存空間的任何一個地址,，同樣為了操作方便,，一般為空間大小的邊界點。例如,，8個元素的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個元素的FIFO,，其低6位為0,。基地址和空間大小的特殊要求避免訪問時的地址跨越多頁問題,，可以提高FIFO的訪問速度,。

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

　　FIFO的寫操作只有一種工作方式,，即每次寫一個新的數(shù)據(jù),，寫指針加1，直到寫滿,。而FIFO讀操作有兩種工作方式,，分別為標準操作和多階延遲（Multi-tap Delay Transfer）操作。標準操作和寫操作一樣,。多階延遲操作一般用于濾波處理,，當需要對輸入信號進行濾波處理時候，每次希望從FIFO讀取一段窗口的數(shù)據(jù),，進行濾波處理,，數(shù)據(jù)窗口仍然只移動一個數(shù)據(jù)。在標準操作情況下,，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數(shù)據(jù),。該操作方法對語音或者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存儲的數(shù)據(jù)個數(shù)小于數(shù)據(jù)窗,，F(xiàn)IFO則終止當前操作，并給出錯誤標志,。

　　系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

　　C6727B和其他DSP有一個較大的區(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。本文為了實現(xiàn)FIFO的實時操作,，一旦外設(shè)向FIFO寫入數(shù)據(jù),，即發(fā)出中斷信號到DSP的CPU，通知CPU讀取數(shù)據(jù),。為此,，需要使用1個外部中斷引腳，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,。此時需要將音頻串口的CONFIGMACSP0寄存器設(shè)置為0x0001，如圖3所示,。此時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)的寄存器配置是實現(xiàn)以上方案的重點。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

　　系統(tǒng)軟件設(shè)計主要包括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按照軟件配置自動完成，不需要CPU參與,。圖4是實現(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獨立完成的工作,，實線部分表示由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)方式進行讀寫,。突發(fā)方式的讀時序如圖5所示。寫時序和讀時序類似,。突發(fā)方式一次最多只能讀寫8個數(shù)據(jù),，也可以一次突發(fā)讀寫4個或者2個數(shù)據(jù)。突發(fā)讀寫時數(shù)據(jù)的建立和保持時間最少可以設(shè)置成1個時鐘周期,，如圖中所示,。但為了通信可靠，一般采用2個時鐘周期,。突發(fā)方式最大的節(jié)省時間是連續(xù)的其他數(shù)據(jù)將不再需要建立和保持周期,，而是直接進行讀寫，一般只需要兩個時鐘周期就可以完成一個數(shù)據(jù)的讀寫,。最快情況下,，突發(fā)讀寫8個數(shù)據(jù)只需要20個時鐘周期，讀寫速率達到53.2M×32b/s,，滿足大部分設(shè)備的要求,。

圖5 突發(fā)讀時序圖

　　總結(jié)

　　dMAX的特有結(jié)構(gòu)使得其可以實現(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,，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)讀寫方式進行數(shù)據(jù)傳輸,。