基于MPC5554的周期數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)

摘要：針對(duì)周期數(shù)據(jù)傳輸涉及的數(shù)據(jù)如何傳輸和周期任務(wù)調(diào)度，主要研究SPI和EDMA結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方法，并利用時(shí)鐘中斷及查詢進(jìn)行周期任務(wù)調(diào)度的方法。采用的數(shù)據(jù)傳輸方法和調(diào)度方法能完成大量數(shù)據(jù)傳輸，避免CPU消耗，保證數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性。且最終通過(guò)一個(gè)示例說(shuō)明，數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程并對(duì)各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析與討論。

關(guān)鍵詞 周期任務(wù);數(shù)據(jù)傳輸;時(shí)鐘中斷查詢

MPC5554是汽車(chē)控制器中常用的一款芯片，其集成了DSPI和EDMA等眾多模塊。DSPI可與外部模塊進(jìn)行高速通信，但傳輸過(guò)程占用大量CPU資源，影響其他任務(wù)的執(zhí)行。本文主要研究了在MPC5554芯片上，SPI和EDMA配合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，該方式在保障SPI高速、實(shí)時(shí)、高吞吐通訊的前提下，又解放了CPU，整個(gè)通訊過(guò)程基本無(wú)需CPU參與，這樣CPU就可以給其他任務(wù)分配更多的資源，從而大幅提高系統(tǒng)性能。文中給出了SPI和 EDMA之間與外設(shè)的連接方式。同時(shí)在汽車(chē)控制器中，數(shù)據(jù)傳輸通過(guò)多個(gè)周期傳輸任務(wù)進(jìn)行，相同周期傳輸任務(wù)具有相同的優(yōu)先級(jí)，不同周期任務(wù)的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期不同，本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了采用時(shí)鐘中斷和查詢方式進(jìn)行周期傳輸任務(wù)調(diào)度的方法，給出了算法步驟，并舉例對(duì)算法應(yīng)用進(jìn)行了說(shuō)明。此方法已被應(yīng)用在汽車(chē)控制器中，且系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

1 SPI與EDMA結(jié)合的數(shù)據(jù)傳輸方式

使用DSPI(串行/解串外圍設(shè)備接口)模塊的最簡(jiǎn)單的方式是將其配置為符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI(串行外設(shè)接口)模式，是高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)睦硐脒x擇。但SPI在與外設(shè)進(jìn)行通信時(shí)，會(huì)占用較多的CPU資源，采用EDMA中斷方式可在處理器最小程度的參與下，滿足大數(shù)據(jù)量通信要求。本文將SPI和 EDMA結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，該方法在保證SPI高速、實(shí)時(shí)的前提下，整個(gè)過(guò)程無(wú)需CPU參與，CPU可以并行執(zhí)行其他任務(wù)。

1.1 與外部設(shè)備的連接方式

圖1所示為DSPI和EDMA與燃油芯片的連接方式。通過(guò)EDMA將大量數(shù)據(jù)從內(nèi)存?zhèn)魉偷絊PI緩沖區(qū)，再通過(guò)SPI配置將數(shù)據(jù)發(fā)送到燃油芯片;反之，燃油芯片將通信數(shù)據(jù)發(fā)送給SPI緩沖區(qū)，再通過(guò)EDMA將數(shù)據(jù)傳送到內(nèi)存中。EDMA傳輸主要通過(guò)TCD通道完成，發(fā)送和接收采用不同的 TCD通道。

1.2 SPI和EDMA配置

在MPC5554中有DSPIA，DSPIB，DSPIC和DSPID，在此只使用DSPIA。其發(fā)送和接收緩沖均利用FIFO實(shí)現(xiàn)。 EDMA的TCD發(fā)送通道向DSPIA發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數(shù)據(jù)，TCD接收通道從DS PIA接收緩沖區(qū)接收數(shù)據(jù)。DSPI的發(fā)送緩沖FIFO有4級(jí)深度，復(fù)位后，發(fā)送緩沖的FIFO產(chǎn)生EDMA請(qǐng)求以要求填充數(shù)據(jù)。當(dāng)EDMA和DSPI被設(shè)置為共同操作后，EDMA將從其傳輸控制描述塊定義的隊(duì)列中開(kāi)始讀取數(shù)據(jù)填充SPI發(fā)送緩沖。發(fā)送緩沖中只要有待發(fā)送數(shù)據(jù)就會(huì)立刻傳送到移位寄存器中被發(fā)送。接收緩沖FIFO也有4級(jí)深度，保證即使有延遲發(fā)生數(shù)據(jù)也能正常發(fā)送接收。

2 數(shù)據(jù)周期傳輸任務(wù)調(diào)度算法

本文主要研究多個(gè)周期性的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)的調(diào)度方式，僅考慮調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期，不考慮任務(wù)優(yōu)先級(jí)和任務(wù)搶占等其他因素。不同的周期任務(wù)一般均采用不同的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期，設(shè)計(jì)采用時(shí)鐘中斷和查詢方式的周期數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)調(diào)度算法，使得每個(gè)周期任務(wù)能按照任務(wù)本身的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)度，不受其他周期任務(wù)干擾。算法步驟如下：

(1)獲取每個(gè)周期任務(wù)的調(diào)度周期和調(diào)度時(shí)機(jī)，并求取這些時(shí)間值的最大公約數(shù)pnum。

(2)求取每個(gè)周期任務(wù)的調(diào)度周期和調(diào)度時(shí)機(jī)相對(duì)于pnum的倍數(shù)，并將周期任務(wù)入口和這些倍數(shù)存儲(chǔ)在如圖2所示的Struct數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

將每個(gè)周期任務(wù)的struct：信息順序存儲(chǔ)在緩沖區(qū)中。

(3)設(shè)置時(shí)鐘中斷的時(shí)問(wèn)值為pnum。

(4)在時(shí)鐘中斷觸發(fā)后，對(duì)緩沖區(qū)中的每一個(gè)周期任務(wù)信息按照順序進(jìn)行查詢。查詢過(guò)程中對(duì)字段At_turn進(jìn)行判斷，若At_turn=0，則進(jìn)入*function指定的周期任務(wù)入口執(zhí)行周期任務(wù)，同時(shí)將At_period寫(xiě)入At_turn字段，否則At_turn減1。對(duì)一個(gè)周期任務(wù)處理完成后再進(jìn)行下一個(gè)周期任務(wù)的查詢和處理。偽代碼如圖3所示。

3 應(yīng)用

在某采用MPC5554芯片的汽車(chē)控制器中，通過(guò)本文方法向燃油芯片持續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，使得燃油芯片保持正常工作狀態(tài)。在此汽車(chē)控制器中有4個(gè)數(shù)據(jù)傳輸周期任務(wù)，每個(gè)周期任務(wù)的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期如表1所示。

4個(gè)任務(wù)的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期時(shí)間的最大公約數(shù)為5 ms，設(shè)置時(shí)鐘中斷周期為5 ms，將每個(gè)周期任務(wù)的調(diào)度時(shí)機(jī)和調(diào)度周期與5 ms的倍數(shù)關(guān)系存儲(chǔ)在各自任務(wù)結(jié)構(gòu)中并寫(xiě)入緩沖區(qū)中，緩沖中的任務(wù)信息存儲(chǔ)如下：

{

周期任務(wù)1入口，4，0;

周期任務(wù)2入口，6，1;

周期任務(wù)3入口，2，2;

周期任務(wù)4入口，4，3;

}

程序運(yùn)行過(guò)程中，通過(guò)查詢緩沖區(qū)中的任務(wù)信息，當(dāng)任務(wù)的At_turn值達(dá)到0時(shí)，表示應(yīng)該執(zhí)行對(duì)應(yīng)任務(wù)，同時(shí)將At_period值寫(xiě)入At_turn，重新開(kāi)始調(diào)度周期的計(jì)數(shù)。

在任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中，采用SPI和EDMA配合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。發(fā)送采用EDMA的TCD32通道，接收采用EDMA的TCD33通道。DSPIA和EDMA發(fā)送接收通道地址配置如圖4所示，其他長(zhǎng)度、模式等配置信息與發(fā)送過(guò)程相關(guān)。

在時(shí)鐘中斷觸發(fā)后，以上周期傳輸任務(wù)部分執(zhí)行情況如表2所示。

4 結(jié)束語(yǔ)

采用本文周期傳輸任務(wù)調(diào)度的算法與SPI及EDMA結(jié)合的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸可滿足大量高速數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸，且不影響CPU執(zhí)行其他任務(wù)，算法易于實(shí)現(xiàn)、計(jì)算量少，采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和軟件結(jié)構(gòu)易于修改和擴(kuò)展，任務(wù)調(diào)度方式靈活、適用面廣、可應(yīng)用于其他周期任務(wù)的調(diào)度。但算法也存在一定的局限性，例如一次傳輸數(shù)據(jù)量受到sPI緩沖區(qū)深度的限制;周期傳輸任務(wù)的調(diào)度周期和調(diào)度時(shí)機(jī)各數(shù)據(jù)之間倍數(shù)關(guān)系越明顯，則算法效率越高;若倍數(shù)關(guān)系不明顯，最大公約數(shù)較小，則時(shí)鐘中斷會(huì)較頻繁的觸發(fā)，且查詢操作運(yùn)行次數(shù)會(huì)增加，影響算法運(yùn)行效率;存儲(chǔ)周期任務(wù)信息也會(huì)占用一定的存儲(chǔ)空間，后期可完善算法減少信息存儲(chǔ)和查詢操作，從而進(jìn)一步提高資源利用率。