DSP芯片集成外設(shè)的開發(fā).ppt

,第9章DSP芯片集成外設(shè)的開發(fā),引言中斷DMA時(shí)序模塊接口模塊基于CSL的外設(shè)開發(fā)小結(jié)習(xí)題與思考題,一、引言,開發(fā)者可以利用這些片內(nèi)外設(shè)接口方便與各種芯片相連，共同實(shí)現(xiàn)特定功能的電路系統(tǒng)。片內(nèi)CPU的運(yùn)行結(jié)果只有通過接口和其他器件完成輸入輸出才有實(shí)際意義。一個(gè)完善的系統(tǒng)必須要能夠?qū)SP的集成外設(shè)進(jìn)行正確合理的使用。,DSP芯片和外設(shè)以及不同的存儲(chǔ)空間進(jìn)行信息傳送時(shí)，有幾種不同的傳送方式（1）查詢（polling）傳送方式（2）中斷（interrupt）傳送方式（3）DMA傳送方式,一、引言,二、中斷,利用中斷可以實(shí)現(xiàn)CPU和外設(shè)的同步操作、信號(hào)的實(shí)時(shí)響應(yīng)和運(yùn)行故障的快速處理等功能。中斷源：引起中斷的原因，以及發(fā)出中斷申請(qǐng)的來源.根據(jù)中斷源的性質(zhì)不同，DSP芯片的中斷可以分為硬中斷和軟中斷兩類.,中斷分為三種類型復(fù)位（RESET）中斷不可屏蔽中斷可屏蔽中斷C54x根據(jù)芯片型號(hào)不同，有2427個(gè)軟件和硬件中斷，共分為14個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)嵌套。,二、中斷,檢測(cè)到有效的中斷源信號(hào)后，CPU會(huì)自動(dòng)停止當(dāng)前指令的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理中斷服務(wù)程序(ISR)，這個(gè)過程稱為中斷響應(yīng)。CPU根據(jù)控制寄存器判斷是否執(zhí)行中斷服務(wù)程序,二、中斷,中斷控制寄存器：中斷標(biāo)志寄存器（IFR，InterruptFlagRegister）中斷屏蔽寄存器（IMR，InterruptMaskRegister）,二、中斷,中斷矢量：采用中斷矢量來確定CPU響應(yīng)每個(gè)中斷時(shí)程序指針（PC）的跳轉(zhuǎn)地址。C5000，C6000等系列DSPs芯片都采用了軟件可重定位中斷矢量形式。C54x系列的DSP為每個(gè)中斷提供了一個(gè)中斷矢量號(hào)，并在中斷矢量表中提供了4個(gè)字的空間用于服務(wù)程序的存放。,二、中斷,二、中斷,編寫中斷服務(wù)程序時(shí)應(yīng)該注意如下幾點(diǎn)：1）必須把在中斷服務(wù)程序中使用到的寄存器值保存到堆棧中（保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)），返回時(shí)以相反的次序恢復(fù)這些值（恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)）。2）先保護(hù)BRC寄存器，后保護(hù)ST1；恢復(fù)時(shí)相反。3）與C語言混合編程，保存AR1、AR6和AR7。4）利用C語言實(shí)現(xiàn)中斷服務(wù)程序，在函數(shù)名前使用關(guān)鍵字interrupt。此時(shí)中斷服務(wù)程序?qū)⒆詣?dòng)保護(hù)狀態(tài)寄存器和輔助寄存器。,二、中斷,三、,為降低CPU的負(fù)荷，通常都在DSP片內(nèi)設(shè)計(jì)多通道的直接存儲(chǔ)器訪問（DMA）控制器。DMA控制器是獨(dú)立于CPU的設(shè)備，一旦正確初始化后，就能獨(dú)立于CPU工作，在CPU操作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)以及外圍器件間的數(shù)據(jù)傳輸。,DMA控制器提供了三種傳輸方式：1）元素傳輸只對(duì)一個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀/寫操作；2）幀傳輸將搬移一幀內(nèi)的所有數(shù)據(jù)；3）塊傳輸搬移塊內(nèi)所有幀的數(shù)據(jù)。,三、,控制寄存器：DMSA：DMA子地址尋址寄存器（SubbankAddressRegister）DMSDI：子地址自增1的DMA子地址數(shù)據(jù)訪問寄存器（SubbankAccessRegisterwithAutoincrement）DMSDN：不自增1的DMA子地址數(shù)據(jù)訪問寄存器（SubbankAccessRegisterwithoutAutoincrement）,三、,三、,為了訪問一個(gè)特定的子地址寄存器，首先要向DMSA寫入子地址，然后，才可以在物理空間中真正選定所要訪問的寄存器DMSDI和DMSDN。此時(shí)，對(duì)子地址數(shù)據(jù)寄存器的操作就是對(duì)選定的寄存器內(nèi)容的操作。由于DMA傳輸不需要CPU處理，因此在傳輸前需要提前確定好源地址、目的地址以及各自的修改方式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶挾?、?shù)量以及傳輸時(shí)機(jī)等很多因素，這些因素都有對(duì)應(yīng)的寄存器和控制比特。,三、,DMA需占用數(shù)據(jù)總線。DSP提供了兩個(gè)引腳HOLD和HOLDA實(shí)現(xiàn)對(duì)DMA控制器、CPU的總線仲裁：外界將DSP芯片的HOLD引腳置為低，DSP芯片響應(yīng)外部DMA請(qǐng)求，當(dāng)HOLDA變低時(shí)，DSP芯片將外部總線置為高阻狀態(tài)，將總線控制權(quán)交出。外界將HOLD線變高，總線控制權(quán)重新交給DSP芯片。,三、,四、時(shí)序模塊,、PLL模塊C5000系列的DSP芯片還采用了更加靈活的可編程PLL方式。時(shí)鐘輸入：,PLL配置：,四、時(shí)序模塊,2、定時(shí)模塊定時(shí)寄存器（TIM）：位于數(shù)據(jù)空間的0024h單元。其中數(shù)據(jù)進(jìn)行自減操作。定時(shí)周期寄存器（PRD）：位于數(shù)據(jù)空間的0025h單元。每次復(fù)位或TINT中斷時(shí)將內(nèi)容裝入TIM寄存器。定時(shí)控制寄存器（TCR）：位于數(shù)據(jù)空間的0026h單元，包含了定時(shí)器的控制位和狀態(tài)位。,四、時(shí)序模塊,四、時(shí)序模塊,四、時(shí)序模塊,TIMER_ini:STM#10h,TCR;停止定時(shí)器NOPSTM#2499,PRD;對(duì)PRD賦值ORM#23h,TCR;對(duì)TDDR賦值，重置定時(shí)器NOPNOPANDM#0ffefh,TCR;啟動(dòng)定時(shí)器,3、等待狀態(tài)發(fā)生器DSP的指令周期較快，在訪問慢速存儲(chǔ)器或外設(shè)時(shí)，為了保證芯片之間時(shí)序配合，通常需要插入等待狀態(tài)。等待分硬件等待和軟件等待兩種方式硬件等待方式較麻煩?，F(xiàn)在的DSP芯片一般在內(nèi)部設(shè)有軟件設(shè)置等待機(jī)制。,四、時(shí)序模塊,四、時(shí)序模塊,軟件等待狀態(tài)控制寄存器（SWCR）軟件等待狀態(tài)寄存器（SWWSR）,外設(shè)接口主要實(shí)現(xiàn)如下功能：數(shù)據(jù)緩沖接收和執(zhí)行CPU命令中斷管理接口的設(shè)計(jì)是硬件和軟件相結(jié)合的實(shí)現(xiàn)過程。,五、接口模塊,1、多通道緩沖串行口可以完成標(biāo)準(zhǔn)串口的全雙工串行通信，同時(shí)還能夠支持多種協(xié)議下的直接接口。具有雙緩沖數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信；支持多種方式的傳輸接口（包括T1/E1幀協(xié)議、AC97兼容設(shè)備、SPI設(shè)備等），可與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編/解碼器、AICs（模擬接口芯片）以及其他串行A/D、D/A接口；,五、接口模塊,數(shù)據(jù)傳輸時(shí)鐘可是外部時(shí)鐘或片內(nèi)可編程時(shí)鐘；幀同步信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)收發(fā)獨(dú)立、極性可設(shè)，可編程程度高；幀長(zhǎng)度可以在1128個(gè)字間選擇，支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)字長(zhǎng)可以是8bit、12bit、16bit、20bit、24bit或32bit；支持多通道傳輸，可與多達(dá)128個(gè)通道進(jìn)行收發(fā)；內(nèi)置律和A律硬件壓擴(kuò)；當(dāng)利用DMA為McBSP服務(wù)時(shí)，串行口數(shù)據(jù)讀寫具有自動(dòng)緩沖能力。,五、接口模塊,五、接口模塊,五、接口模塊,為訪問某個(gè)指定的子地址寄存器，要將相應(yīng)的子地址寫入SPSAx。,五、接口模塊,McBSP時(shí)鐘產(chǎn)生器示意圖,a、簡(jiǎn)單串行接口（SPI）：是一種主從配置的、支持一個(gè)主方、一個(gè)或多個(gè)從方的串行通信協(xié)議一般使用4條信號(hào)線：串行移位時(shí)鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出線（MISO）、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入線（MOSI）、低電平有效的使能信號(hào)線（SS）。由主設(shè)備時(shí)鐘信號(hào)的出現(xiàn)與否來確定主/從設(shè)備間的通信。McBSP具有時(shí)鐘停止工作模式（由CLKSTP比特域控制），可以與SPI協(xié)議兼容。,五、接口模塊,b、通用口在兩種情況下，串口的引腳（CLKX、FSX、DX、CLKR、FSR、DR以及CLKS）可以作為通用I/O口使用：McBSP的某部分處于復(fù)位狀態(tài)：此時(shí)SPCR寄存器中的（R/X）RST=0；串口設(shè)置為通用I/O口：此時(shí)PCR中的（R/X）IOEN=1。,五、接口模塊,2、主機(jī)接口（HPI）主機(jī)（也稱為上位機(jī)）控制著該接口的主控權(quán)，通過它直接訪問DSP的存儲(chǔ)空間和外圍設(shè)備。DSP作為從機(jī)（也稱為下位機(jī)），向主機(jī)開放總線的控制權(quán)。,五、接口模塊,（1）HPI存儲(chǔ)器(DARAM)：用于TMS320C54x與主機(jī)間傳送數(shù)據(jù)；（2）HPI地址寄存器(HPIA)：由主機(jī)對(duì)其直接訪問，存放當(dāng)前尋址HPI存儲(chǔ)單元的地址；（3）HPI數(shù)據(jù)鎖存器(HPID)：由主機(jī)對(duì)其直接訪問，存放當(dāng)前進(jìn)行讀/寫的數(shù)據(jù)；（4）HPI控制寄存器(HPIC)：TMS320C54x和主機(jī)都能對(duì)其直接訪問，用于主處理器與DSP相互握手，實(shí)現(xiàn)相互中斷請(qǐng)求；（5）HPI控制邏輯：用于處理HPI與主機(jī)之間的接口信號(hào)。,五、接口模塊,五、接口模塊,HPI-8方框圖,五、接口模塊,HPI-8連線關(guān)系示意圖,復(fù)用模式下HPI-16的接口示意圖,五、接口模塊,非復(fù)用模式下HPI-16的接口示意圖,五、接口模塊,3、外部存儲(chǔ)器接口（EMIF）是外部存儲(chǔ)器和DSP芯片內(nèi)部其他單元間的接口。,五、接口模塊,4、通用I/O口除了XF和BIO兩個(gè)通用I/O引腳外，一些C54xDSP芯片的多通道緩沖串口（McBSP）和主機(jī)接口（HPI）的一些引腳也可以作為通用I/O引腳。,五、接口模塊,為免除用戶編寫配置和控制片上外設(shè)所必需的定義和代碼，DSP芯片開發(fā)商通常會(huì)為用戶提供一組標(biāo)準(zhǔn)的方法用于訪問和控制片上外設(shè)。TI公司在CCS中嵌入了芯片支持庫（ChipSupportLibrary，CSL）。主要用于配置、控制和管理DSP片上外設(shè)。分別為C6000和C5000系列DSP設(shè)計(jì)。,六、基于CSL的外設(shè)開發(fā),已實(shí)現(xiàn)的模塊：CSL：頂層模塊；DAT：和器件無關(guān)的數(shù)據(jù)拷貝/填充模塊；CHIP：和器件相關(guān)的定義模塊；DMA：直接存儲(chǔ)器訪問模塊；EBUS：外部存儲(chǔ)器總線接口模塊；GPIO：通用I/O模塊；HPI：主機(jī)接口模塊；IRQ：中斷控制模塊；MCBSP：多通道緩沖串口模塊；PWR：功耗控制模塊；STDINC：標(biāo)準(zhǔn)包含模塊；TIMER：定時(shí)器模塊。,六、基于CSL的外設(shè)開發(fā),（1）CSL庫是可裁剪的：即只有被使用的CSL模塊才會(huì)包含進(jìn)應(yīng)用程序中；（2）CSL庫是可擴(kuò)展的：每個(gè)片上外設(shè)的API相互獨(dú)立，增加新的API，對(duì)其他片上外設(shè)沒有影響；（3）CSL庫對(duì)硬件進(jìn)行抽象，提取符號(hào)化的片上外設(shè)描述：大多數(shù)常用的寄存器及其域值都已經(jīng)通過宏進(jìn)行了定義，因此可以直接利用宏進(jìn)行訪問和建立。,六、基于CSL的外設(shè)