摘 要：主從式雙DSP系統(tǒng)中，主從芯片之間可靠的數(shù)據(jù)傳輸是整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的保證。本文給出了數(shù)字信號(hào)處理器TMS320C6711D與TMS320LF2407A之間的高速異步串行通訊設(shè)計(jì)方法，介紹了串行通訊接口的硬件設(shè)計(jì)、寄存器參數(shù)配置方法、軟件流程及初始化代碼。
關(guān)鍵詞：DSP；McBSP；SCI
TMS320C6711是TI公司TMS320C6000系列32位浮點(diǎn)DSP，它具有專用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)外設(shè)，支持匯編和C語言的單獨(dú)或混合編程。該系列DSP最主要的特點(diǎn)是采用了VLIW體系結(jié)構(gòu)，因此可以單周期發(fā)射多條指令，實(shí)現(xiàn)很高的指令級(jí)并行效率。其計(jì)算和處理速度非�？�，系統(tǒng)單指令周期可達(dá)到6.67ns，被廣泛用于DSL、無線基站、雷達(dá)聲納、數(shù)字圖像處理等方面。在TMS320C6711中有2個(gè)多通道緩沖串行接口McBSP，McBSP不僅可以配制成串行接口，還可以獨(dú)立配制成通用的輸入(GPI)、輸出(GPO)和輸入輸出端口(GPIO)。其優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)大，但控制接口少，片內(nèi)集成外部設(shè)備少，控制能力較弱。
TI公司的TMS320LF2407為16位定點(diǎn)DSP微控制器，內(nèi)嵌有看門狗定時(shí)器（WDT）、CAN總線控制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)、串行外設(shè)接口(SPI)、異步串行口(SCI)等多種外設(shè)模塊，并有大量輸入輸出引腳（GPIO），可以滿足控制系統(tǒng)多方面的控制需求。但由于TMS320LF2407的指令周期最短為25ns(40MHz主頻)，對(duì)于數(shù)據(jù)處理運(yùn)算量特別大的系統(tǒng)，其運(yùn)算速度略顯不足。
多數(shù)數(shù)字圖像處理應(yīng)用系統(tǒng)既要求系統(tǒng)有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，以滿足對(duì)圖像處理的實(shí)時(shí)性要求，又要求系統(tǒng)有強(qiáng)大的控制能力，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)外部眾多設(shè)備的控制。在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，將TMS320C6711作為處理器完成數(shù)字圖像的實(shí)時(shí)處理，TMS320LF2407作為控制器完成系統(tǒng)的控制功能，便可兼顧系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力與外部設(shè)備控制能力。這樣的系統(tǒng)要求在TMS320C6711和TMS320LF2407之間建立有效的數(shù)據(jù)交換通道，本文所介紹的設(shè)計(jì)思想就是基于以上工程需要提出的。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
本系統(tǒng)為嵌入式數(shù)字圖像處理系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)由下位機(jī)TMS320C6711處理，處理結(jié)果采用異步串口通訊的方式傳送給上位機(jī)TMS320LF2407，TMS320LF2407將采集到的模擬量、開關(guān)量等參數(shù)，與通過異步串口接收到的圖像處理結(jié)果一起通過CAN總線向遠(yuǎn)程監(jiān)控終端發(fā)送。
TMS320C6711的多通道緩沖串行接口McBSP與TMS320LF2407的SCI模塊，通過特定的軟硬件設(shè)計(jì)可以支持使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步數(shù)字通訊。通訊數(shù)據(jù)的格式為:一個(gè)起始位、數(shù)據(jù)(長度可通過編程在16位～8位內(nèi)可選)位、可供選擇的奇/偶/非極性位、一個(gè)或兩個(gè)停止位，如圖2所示。
1.1 McBSP接口
McBSP的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。McBSP可以分為數(shù)據(jù)通道和控制通道兩部分。數(shù)據(jù)發(fā)送引腳（DX）和數(shù)據(jù)接收引腳（DR）分別負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，發(fā)送時(shí)鐘引腳(CLKX)、接收時(shí)鐘引腳(CLKR)、發(fā)送幀同步引腳(FSX)和接收幀同步引腳(FSR)提供串行時(shí)鐘和控制信號(hào)。CPU和DMA控制器通過外設(shè)總線與McBSP進(jìn)行通訊。當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，CPU和DMA將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)發(fā)送寄存器(DXR1，DXR2)，接著復(fù)制到發(fā)送移位寄存器(XSR1，XSR2)，通過發(fā)送移位寄存器輸出至DX引腳。同樣,當(dāng)接收數(shù)據(jù)時(shí)，DR引腳上接收到的數(shù)據(jù)先移位到接收移位寄存器(RSR1，RSR2)，接著復(fù)制到接收緩沖寄存器(RBR1，RBR2)，RBR再將數(shù)據(jù)復(fù)制到數(shù)據(jù)接收寄存器(DRR1，DRR2)中，并通過串口事件通知CPU或DMA讀取數(shù)據(jù)。這種多極緩沖方式使得片內(nèi)數(shù)據(jù)通訊和串行數(shù)據(jù)通訊能夠同時(shí)進(jìn)行。
1.2 SCI接口
SCI模塊支持CPU和其他使用標(biāo)準(zhǔn)格式的異步設(shè)備間的通訊。它具有SCIRXD(串行數(shù)據(jù)接收端)和SCITXD(串行數(shù)據(jù)發(fā)送端)兩個(gè)I/O引腳。在全雙工模式下具有一個(gè)發(fā)送器(包括SCITX2BUF及其主寄存器TXSHF)、一個(gè)接收器(包括SCIRXBUF及其RXSHF)。發(fā)送器在SCITXBUF存放要發(fā)送的數(shù)據(jù)，并每次一位地將數(shù)據(jù)移位至SCITXD引腳；接收時(shí)則每次一位地將SCIRXD引腳上的數(shù)據(jù)移入，載入SCIRXBUF和SCIRXEMU給CPU讀取。具有一個(gè)可編程的波特率發(fā)生器，可得到超過65 000種不同的可編程速率。SCI為接收器和發(fā)送器提供獨(dú)立的中斷請(qǐng)求和中斷向量：如果RX/BKINT ENA位(SCICTL2.1)被置位，當(dāng)SCI接收到一個(gè)完整的幀，并把RXSHF中的數(shù)據(jù)傳送到SCIRXBUF時(shí)，這個(gè)動(dòng)作置位RXRDY標(biāo)志(SCIRXST.6)并啟動(dòng)一個(gè)中斷。如果TX INT ENA位(SCICTL2.0)被置位，則在任何時(shí)候，只要SCITXBUF中的數(shù)據(jù)送到TXSHF，發(fā)送器中斷就會(huì)被認(rèn)定，表示CPU可以向SCITXBUF寫。這個(gè)動(dòng)作置位TXRDY標(biāo)志位，并啟動(dòng)一個(gè)中斷。
2 硬件實(shí)現(xiàn)
當(dāng)TMS320C6711D與TMS320LF2407A進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)異步串行通訊時(shí)，TMS320LF2407A的SCI接口可直接支持該通訊，只需將SCI接口通過內(nèi)部特殊功能寄存器配置為串行接口模式即可。而TMS320C6711D的McBSP除通過內(nèi)部特殊功能寄存器配置成串行接口外，在硬件設(shè)計(jì)上還應(yīng)將DR和FSR短接，并與SCI的串行數(shù)據(jù)發(fā)送引腳(SCITXD)相連。這是由于標(biāo)準(zhǔn)異步串行通訊中數(shù)據(jù)線上既包含了幀同步信息，也包含了數(shù)據(jù)信息。SCI的串行數(shù)據(jù)接收引腳（SCIRXD）與McBSP的DX相連。
由于TMS320C6711D與TMS320LF2407A的接口電壓均為3.3V，二者引腳可直接相連，不需要電平轉(zhuǎn)換。McBSP與SCI的串行異步通訊接口電路如圖4所示。
