基于TMS320DM6437的McBSP與EDMA實(shí)現(xiàn)串口通信

TMS320DM6437是專為高性能、低成本視頻應(yīng)用開發(fā)的，主頻600 MHz，32位定點(diǎn)，采用達(dá)芬奇(DaVinci(TM))技術(shù)。該器件采用TI第3代超長指令集結(jié)構(gòu)(VelociTI．3)的TMS320C64x+DSP內(nèi)核，主頻可達(dá)600 MHz，支持8個8位或4個16位并行MAC運(yùn)算，峰值處理能力高達(dá)4 800MIPS。基于TMS320DM6437諸多特點(diǎn)，這里提出一種實(shí)現(xiàn)DSP與FPGA的雙向數(shù)據(jù)交換設(shè)計方案，采用TMS320DM6437的McBSP和EDMA實(shí)現(xiàn)異步串口通信。 McBSP接口是全雙工串行接口，提供收發(fā)數(shù)據(jù)雙緩沖以處理連續(xù)的數(shù)據(jù)流，并可獨(dú)立配置收發(fā)部分，接收和發(fā)送都可使用獨(dú)立的幀信號和時鐘源。TMS320DM6437有2個獨(dú)立的McBSP接口(McBSP0和McBSPl)。EDMA可處理該處理器上所有內(nèi)存單元和外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸，且不占用DSP時鐘周期，EDMA還提供針對McBSP的同步事件，可方便控制數(shù)據(jù)傳輸。接收數(shù)據(jù)時，F(xiàn)PGA的數(shù)據(jù)通過McBSP傳到DSP的DRR寄存器中，觸發(fā)McBSP接收同步事件，EDMA將數(shù)據(jù)搬入DSP內(nèi)存。發(fā)送數(shù)據(jù)時，當(dāng)EDMA從DSP內(nèi)存中將數(shù)據(jù)搬入DSP的DXR寄存器時，利用McBSP發(fā)送同步事件，將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA。

1 硬件接口電路設(shè)計
McBsP接口的硬件連接如圖1所示。DSP的McBSP接口可由內(nèi)部時鐘發(fā)生器或外部器件提供收／發(fā)時鐘信號(CLKR／CLKX)及收／發(fā)幀同步信號(FSR／FSX)。為了簡化FPGA內(nèi)部時序，以上信號均由FPGA提供。圖1中的EN_IN、EN_OUT為DSP控制FPGA中McBSP接口的使能信號，它們均與DSP的GPIO相連。當(dāng)EN_IN為高時，F(xiàn)PGA接收DSP的數(shù)據(jù)；當(dāng)EN_OUT為高時，F(xiàn)PGA開始向DSP發(fā)送數(shù)據(jù)。

2 軟件程序設(shè)計
傳統(tǒng)的C6000型DSP對McBSP和EDMA進(jìn)行操作時，多使用TI公司提供的CSL(Chip Support Library)進(jìn)行編程操作，由于TMS320DM6437不支持CSL，而是改用PSP(Proeessor Support Package)，所以對TMS320DM6437 McBSP接口采用PSP提供的McBSP Driver，主要用McBSP Driver提供的LLC層API進(jìn)行編程。LLC層提供基于不同平臺的驅(qū)動核心抽象。在該層可進(jìn)行寄存器操作，宏定義，并且底層API可直接與硬件通信。
對應(yīng)的EDMA程序開發(fā)則采用EDMA LLD(EDMA low Level Driver)提供的各種庫進(jìn)行編程。LLD實(shí)際上包含2個庫用于管理EDMA外設(shè)：一個是EDMA RM(EDMA Resource Manager)，管理所有的EDMA硬件資源以及中斷；另一個是EDMA DRV(EDMA Driver)，完成所有EDMA相關(guān)配置，并且通過RM滿足資源需求。當(dāng)調(diào)用DRV層API進(jìn)行操作時，實(shí)際上是通過DRV層API調(diào)用RM層API來對EDMA外設(shè)寄存器進(jìn)行直接操作來配置EDMA硬件。
本例中實(shí)現(xiàn)DSP和FPGA通信時，McBSP所需的幀同步信號以及時鐘信號均由FPGA產(chǎn)生，McBSP發(fā)送過來32 bit的數(shù)據(jù)，DSP內(nèi)部采用EDMA方式接收數(shù)據(jù)，McBSP接收同步事件觸發(fā)EDMA傳輸。將數(shù)據(jù)放入DSP片內(nèi)二級存儲器的緩沖區(qū)，等待DSP處理。為了保證后寫入的數(shù)據(jù)不會覆蓋先寫入的還沒來得及被DSP處理的數(shù)據(jù)，片內(nèi)二級存儲器緩沖區(qū)采用乒乓緩沖結(jié)構(gòu)。同樣，DSP發(fā)送32bit數(shù)據(jù)給FPGA時，也是通過EDMA方式，由McBSP發(fā)送同步事件觸發(fā)EDMA傳輸。

2．1 McBSP配置
McBSP的開啟以及參數(shù)配置均采用LLC提供的API以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完成。但是因?yàn)門MS320DM6437的引腳多采用引腳復(fù)用，并且GPIO和McBSP引腳復(fù)用到一起，由于本例中McBSP幀同步信號是由外部源產(chǎn)生，為了保證能監(jiān)測到第一個幀同步信號，需先在PINMUX寄存器里將復(fù)用的引腳配置成GPIO模式，等檢測到幀同步信號后，再將復(fù)用的引腳恢復(fù)成McBSP模式。
2．1．1 接收數(shù)據(jù)格式配置
McBSP接收數(shù)據(jù)格式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LLC_RcvDataSetup中設(shè)置，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在McBSP Driver提供的頭文件llc_mcbsp Type．h中定義，在編譯工程文件的時候需包含此頭文件。接收數(shù)據(jù)為單幀數(shù)據(jù)，一個數(shù)據(jù)幀長度為4個字節(jié)，采用幀同步信號檢測模式，不進(jìn)行壓縮，數(shù)據(jù)傳輸延遲一個比特，采用McBSP同步事件產(chǎn)生中斷。McBSP發(fā)送數(shù)據(jù)格式在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LLC_XmitDatasetup中設(shè)置，具體參數(shù)和接收數(shù)據(jù)格式保持一致。M-cBSP幀同步和時鐘參數(shù)在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LLC_mcbspClkSetup中設(shè)置，該結(jié)構(gòu)同樣在頭文件llc_mcbspType．h中定義。本例中，發(fā)送和接收的幀同步信號以及時鐘源都由外部產(chǎn)生，接收和發(fā)送幀同步都是高電平有效，接收時鐘上升沿有效，發(fā)送時鐘下降沿有效，幀同步脈沖寬度為1bit，脈沖周期為32 bit。
2．1．2 啟動McBSP
首先調(diào)用MeBSP LLC層API對McBSP接口進(jìn)行設(shè)置，準(zhǔn)備接收FPGA傳輸過來的信號。先調(diào)用函數(shù)LLC_mcbspOpen，該函數(shù)在llc_mcbsp．c中定義，函數(shù)原型為LLC_mcbspOpen(LLC_McbspObj*const pMcbspObj，Uint32InstanceId，Int32*pMcbspParam，CSL_Status*pStatus)，所需參數(shù)分別為用戶定義的McBSP通道對象，McBSP通道ID，用戶定義的配置參數(shù)及狀態(tài)信息，返回參數(shù)為指向該通道的句柄hMcbsp。該句柄作為調(diào)用API的參數(shù)。
然后設(shè)置McBSP通道0，調(diào)用函數(shù)LLC_mcbspHwSetup(LLC_McbspHandle hMcbsp，const LLC_McbspHwSetup*setup)。第1個參數(shù)即為剛才返回的指向McBSP通道0的句柄，第2個參數(shù)為一個結(jié)構(gòu)體，包含了前面定義的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及幀同步和時鐘參數(shù)結(jié)構(gòu)，這樣就按照實(shí)際應(yīng)用的要求完成了對McBSP0通道的設(shè)置。配置完成后，相應(yīng)的McBSP寄存器的值為：SPCR=0X0000400；RCR=0x00050040；XCR=0x00050040；SRGR=0x20000001；PCR=0x00000080。
最后利用函數(shù)LLC_mcbspHwControl使能McBSP接收和發(fā)送功能。函數(shù)原型為LLC_mcbspHwControl(LLC_McbspHandle hMcbsp，LLC_Mcbsp ControlCmd cmd，const void*arg)。第1個參數(shù)為指向McBSP通道0的句柄，第2個參數(shù)為硬件控制命令，第3個為對特定命令的補(bǔ)充說明。開啟McBSP接收發(fā)送功能時，硬件控制命令為LLC_MCBSP_CMD_RESET_CONTROL，使能發(fā)送功能時，命令補(bǔ)充說明為LLC_MCBSP_CTIRL_RX_ENABLE，使能接收功能時，命令補(bǔ)充說明為LLC_MCBSP_CTRL_TX_ENABLE。
2．2 EDMA配置
2．2．1 EDMA配置原理
EDMA中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)種類有3種：ARRAY，BLOCK，F(xiàn)RAME，分別對應(yīng)3種不同類型的傳輸。首先是一維傳輸，即每一個EDMA事件觸發(fā)的傳輸只傳輸一個ARRAY，該ARRAY所包含的字節(jié)數(shù)由參數(shù)RAM里的參數(shù)ACNT決定。然后是二維傳輸，每一個EDMA事件觸發(fā)傳輸一個FRAME，每個FRAME里包含的ARRAY數(shù)由參數(shù)BCNT決定。以此類推。三維傳輸即每次傳輸一個BLOCK，每個BLOCK里包含的FRAME數(shù)由參數(shù)CCNT決定。
TMS320DM6437的EDMA共有128個參數(shù)RAM，其中存放每個EDMA通道需要的各個傳輸控制參數(shù)，參數(shù)RAM的默認(rèn)對應(yīng)關(guān)系為：EDMA EVENTO對應(yīng)參數(shù)RAMO，EDMAEVENT1對應(yīng)參數(shù)RAM1，等。以此類推。但是也可以在DCHMAPO-63寄存器里修改相應(yīng)位自行對應(yīng)。參數(shù)RAM的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。