基于DSP的DAM控制技術(shù)

摘要：通過(guò)分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解決了DSP與8237-5的軟、硬件接口問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了DMA在數(shù)字化語(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：DMA DSP HOLD操作

TMS320C2XX是美國(guó)TI公司推出的一種低低價(jià)格、高性能的16位定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），它的性?xún)r(jià)比較高，目前已成為高檔單片機(jī)的理想替代品，參通信、語(yǔ)音處理、軍事、儀器儀表、圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在以TMS320C2XX為核心的數(shù)字化語(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，為了滿(mǎn)足系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求，并且提高系統(tǒng)的音質(zhì)和負(fù)載能力，聲卡與存儲(chǔ)器之間的數(shù)據(jù)傳送已經(jīng)不能采用程序查詢(xún)控制方式，因此我們考慮采用直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)（DMA）控制。直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)控制是指數(shù)據(jù)傳送時(shí)不需要CPU的介入，I/O設(shè)備和存儲(chǔ)器直接交換信息。DMA方式的數(shù)據(jù)傳送與程序查詢(xún)方式的數(shù)據(jù)傳送相比，具有數(shù)據(jù)傳送速度高、I/O響應(yīng)時(shí)間短、CPU額外開(kāi)銷(xiāo)小的明顯優(yōu)點(diǎn)。本文根據(jù)課題需要，通過(guò)分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解決了DSP芯片TMS320F206與DMA控制器8237-5的軟、硬件接口問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了DMA在數(shù)字化語(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 TMS320C2XX使用HOLD操作的直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)

TMS320C2XX的HOLD操作允許對(duì)外部程序、數(shù)據(jù)以及I/O空間進(jìn)行直接存儲(chǔ)器訪(fǎng)問(wèn)。該過(guò)程由/HOLD/HOLDA兩個(gè)信號(hào)控制。

（1）/HOLD。外部設(shè)備可以把該引腳驅(qū)動(dòng)到低電平從而請(qǐng)求對(duì)外部總線(xiàn)的控制。如果HOLD/INT1中斷線(xiàn)被允許，那么將觸發(fā)中斷。

（2）/HOLDA。在響應(yīng)/HOLD中斷時(shí)，軟件邏輯可以使處理器發(fā)出/HOLD應(yīng)答信號(hào)，表示它將放棄對(duì)其外部總線(xiàn)的控制。根據(jù)/HOLDA，外部地址信號(hào)（A15～A0）、數(shù)據(jù)信號(hào)（D15～D0）以及存儲(chǔ)器控制信號(hào)（/PS，/DS，/BR，/STRB，R/W，/RD，/WE）被置為高阻狀態(tài)。

在我們的設(shè)計(jì)中，HOLD/INT1中斷服務(wù)子程序只用于HOLD操作以便控制DMA傳送，因此DSP的斷控制寄存器（ICR）中的方式（MODE）位置為0。此時(shí)，中斷線(xiàn)INT1對(duì)下降沿和上升沿二者都敏感。當(dāng)CPU檢測(cè)到下降沿時(shí)，它完成正在執(zhí)行的擋前指令，然后迫使程序控制轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)子程序。在成功的測(cè)試到MODE=0之后，此子程序執(zhí)行IDLE（空閑）指令。根據(jù)IDLE，/HOLDA變?yōu)橛行Ф獠靠偩€(xiàn)被置為高阻狀態(tài)。只有在檢測(cè)到HOLD/INT1引腳上的上升沿之后，CPU才退出IDLE狀態(tài)，/HOLDA變?yōu)闊o(wú)效，并使外部總線(xiàn)返回到正常狀態(tài)。

HOLD操作的子程序?qū)⒃诒疚淖詈蠼Y(jié)合具有本示例中給出，應(yīng)該注意的是：IDLE指令應(yīng)當(dāng)放在斷服務(wù)子程序內(nèi)以便發(fā)出/HOLDA。同時(shí)要注意的是：中斷程序代碼禁止除HOLD/INT1之外的所可屏蔽中斷，從而允許/HOLDA和總線(xiàn)的安全恢復(fù)。

2 DMA控制器8237-5的工作原理

8237-5是一個(gè)高性能的40引腳雙列直插式可編程DMA控制器芯片，可以方便地與DSP微處理器相連，實(shí)現(xiàn)我戶(hù)口設(shè)備與存儲(chǔ)之間數(shù)據(jù)交換。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳信號(hào)可參閱參考文獻(xiàn)[2]。該控制器通過(guò)編程可提供多種類(lèi)型的控制特，以?xún)?yōu)化系統(tǒng)性能，增大數(shù)據(jù)吞吐量，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)1.5MB/S。

DMA控制器實(shí)現(xiàn)DMA傳送的控制原理可用圖1的信息流示意圖表示。現(xiàn)結(jié)合該圖將DMA控制原理操作順序說(shuō)明如下：

①I(mǎi)/O設(shè)備準(zhǔn)備好后，向DMA控制器（DMAC）發(fā)出DMA請(qǐng)求信號(hào)DMARQ。

②DMAC向CPU發(fā)出總線(xiàn)請(qǐng)求信號(hào)BUSRQ。

③按照預(yù)定的DMAC占用總線(xiàn)方式，CPU響應(yīng)BUSRQ，向DMAC發(fā)出總線(xiàn)確認(rèn)信號(hào)BUSAK。從這時(shí)起，CPU總線(xiàn)控制權(quán)交由DMAC接管，開(kāi)始進(jìn)入DMA有效周期，如圖1中陰影部分所示。

④DMAC接管總線(xiàn)后，先向I/O設(shè)備發(fā)出DMA請(qǐng)求的響應(yīng)信號(hào)DACK，表示允許外設(shè)進(jìn)行DMA傳送。然后按事先設(shè)置的初始地址和需傳送的字節(jié)數(shù)，依次發(fā)送地址和讀寫(xiě)命令，使RAM和I/O設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)，直至全部數(shù)據(jù)交換完畢。

⑤DMA傳送結(jié)束后，自動(dòng)撤消向CPU的總線(xiàn)請(qǐng)求信號(hào)BUSRQ，從而使BUSAK和DACK相繼變?yōu)闊o(wú)效，CPU又重新控制總線(xiàn)，恢復(fù)正常工作。

3 DSP與DMA控制器8237-5的接口電路

通過(guò)上述分析可以知道，DSP與8237-5的接口關(guān)鍵是要解決DSP的/HOLD、/HOLDA信號(hào)與8237-5的總線(xiàn)保持請(qǐng)求輸出信號(hào)HRQ（即BUSRQ）、總線(xiàn)保持響應(yīng)輸入信號(hào)HLDA（即BUSAK）之間的聯(lián)系問(wèn)題。圖2給出DSP與8237-5的接口電路。

（1）數(shù)據(jù)線(xiàn)、地址線(xiàn)可以直接相連，8237-5僅使用8根據(jù)數(shù)據(jù)線(xiàn)和地址線(xiàn)。

（2）由于8247-5要向DSP申請(qǐng)對(duì)外部總線(xiàn)的控制，所以DSP的/HOLD信號(hào)決定于HRQ，而二者的有效電平正發(fā)是反相關(guān)系；另一方面，當(dāng)DPS在合適程序代碼的協(xié)助下使/HOLDA有效，從而對(duì)/HOLD有效作出響應(yīng)時(shí)，它就應(yīng)該通知DMAC可以獲得總線(xiàn)控制權(quán)，那么可以將/HOLDA反相后發(fā)給8237-5的HLDA，從而使得該信號(hào)變高成為有效，8237-5得以接管總線(xiàn)。因此HLDA、/HOLD信號(hào)線(xiàn)的譯碼邏輯關(guān)系如下：

HLDA=/HOLDA

/HOLD=HRQ

一次DMA操作的時(shí)序關(guān)系如圖2所示。

可見(jiàn)，當(dāng)8237-5任一通道的DREQ被置為有效電平且相應(yīng)通道的屏蔽位被清除時(shí)，就使HRQ信號(hào)變?yōu)楦唠娖?，從而使DSP的/HOLD變低，表示有外部設(shè)備請(qǐng)求對(duì)外部總線(xiàn)的控制。隨即DSP發(fā)出/HOLDA來(lái)響應(yīng)/HOLD，8237-5的HLDA變高，取得總線(xiàn)控制權(quán)，并產(chǎn)生相應(yīng)的DMA響應(yīng)信號(hào)DACK以通知外設(shè)。完成DMA周期后，總線(xiàn)又回到正常狀態(tài)。

4 軟件編程

實(shí)現(xiàn)DMA控制方式的軟件編程主要包括DMA控制器8237-5的初始化、DSP的HOLD操作以及外設(shè)初始化相關(guān)設(shè)置等三部分。根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的具體功能不同，各部分的一些細(xì)節(jié)可以有所區(qū)別。

下面給出DMA控制方式在以DSP為核心的語(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的一個(gè)具體應(yīng)用。它可以實(shí)現(xiàn)DMA方式的采樣和回放，用于兩個(gè)人之間的全雙工會(huì)話(huà)功能。所用外設(shè)是聲卡。由于要同時(shí)進(jìn)行采樣和回放，所以8237-5需要使用兩個(gè)DMA通道。

4.1 8237-5的初始化

8237-5初始化的一般內(nèi)容可參閱參考文獻(xiàn)[2]，關(guān)鍵在于方式寄存器和命令寄存器的規(guī)定。根據(jù)全雙工會(huì)話(huà)功能的具體要求，本例程的方式寄存器和命令寄存器初始化如下：

splk #0049h,60h ；方式寄存器，通道1，讀傳送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，單字節(jié)傳送，禁止自動(dòng)預(yù)置。

splk #0047h,60h ；方式寄存器，通道3，寫(xiě)傳送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，單字節(jié)傳送，禁止自動(dòng)預(yù)置。

splk #0000h,60h ；命令寄存器，禁止存儲(chǔ)器

out 60h,dma_command_res 到存儲(chǔ)器傳送，禁止通道0地址保持，允許芯片工作，正常時(shí)序，固定優(yōu)先級(jí)，滯寫(xiě)入選擇，DREQ高電平有效，DACK低電平有效。

4.2 聲卡初始化中的相關(guān)設(shè)置

聲卡一般默認(rèn)DMA0=1為回放通道、DMA1=3為采樣通道，這在其PNP初始化中規(guī)定。19寄存器用于禁止聲卡并行傳送方式，啟動(dòng)DMA方式：

splk #0049h,60h ;select 19,MCE=1。

out 60h,534h

splk #001bh,60h ;全校準(zhǔn)，禁止PIO方式，允許DMA采樣和回放。

out 60h,535h

聲卡還有幾個(gè)與DMA操作有關(guān)的寄存器：I14、I15、I30、I31。I14、I15用于設(shè)定DMA回放的計(jì)數(shù)其值，I30、I31則用于設(shè)定DMA采樣的計(jì)數(shù)基值。它可以產(chǎn)生一個(gè)中斷以方便用戶(hù)做相應(yīng)處理。

4.3 DSP的HOLD操作中斷服務(wù)子程序

inpt1: in dsp_icr,icr ;讀DSP中斷控制寄存器。

Bit dsp_icr,11 ;測(cè)試MODE位，判斷是否是HOLD操作。

Bcnd skip_int1,tc ；如果MODE=1，則退出中斷服務(wù)子程序。

/以下幾句完成DMA操作/

ready：

lacl imr ;保護(hù)中斷屏蔽寄存器。

Splk #0001h,imr ;屏蔽除HOLD/INT1之外的所有可屏蔽中斷。

Idle ;進(jìn)入HOLD操作。發(fā)出/HOLDA，外部總線(xiàn)被置為高阻狀態(tài)，等HOLD/INT1引腳上的升沿。

Splk #1,ifr ；HOLD操作已完成（即完成一次DMA傳送）。清HOLD/INT1中斷標(biāo)志防止再次進(jìn)入HOLD方式。

Sacl imr ；恢復(fù)中斷屏蔽寄存器內(nèi)容。

/針對(duì)全雙工會(huì)話(huà)功能的必要處理/

int 1_one_speech1：

in temp0,dma_state_res ;讀8237與DMA狀態(tài)寄存器判斷是哪個(gè)通道的DMA，從而保證DMA采樣與回入交替進(jìn)行。

bit temp0,14

bcnd unmask3,tc

tib temp0,12

bcnd unmask 1,tc

b skip_int1

unmask3:

splk #0007h,60h ;屏蔽采樣DMA。

out 60h,000fh

b skip_int1

unmask 1:

splk #000dh,60h ;屏蔽回放DMA。

out 60h,000fh

skip_int 1:

clrc INTM

ret

DMA控制方式在DSP中的成功運(yùn)用解決了系統(tǒng)中存儲(chǔ)器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的速度問(wèn)題，大大減輕了CPU的負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了DSP對(duì)聲卡DMA方式的錄音與回放、立體聲及全雙工操作，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化語(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能。