高速DSP扩展低速接口的实现方法

1、高速DSP扩展低速接口的实现方法        摘要：根据电视监控系统开发项目中存在的高速DSP器件与低速器件接 口的时序不匹配问题，提出了采用高速DSP的SPI口串行通讯和GPIO并行通讯，解决高速DSP 与单片机及PC机之间的接口问题，并给出了通过这种方法扩展键盘和LED显示器的例子和扩 展PC机通讯的例子。关键词：DSP；TMS320C6713；SPI；GPIO 1引言随着电子技术迅速发展，在电视监控领域中，音视频图像信息的传输将逐步转为网络传输方 式。这需要对模拟的音视频图像信号进行压缩和转换，这种处理必须

2、采用高速的处理器件， 以前最常见的办法是采用专用的高速压缩处理器件，而现在高速DSP发展很快，最高计算速 度达到3 000 M/s，已经能够直接进行音视频图像信号的压缩和转换。这种基于DSP的音视频 图 像信号的压缩和转换方案具有可以便捷升级的特点，一旦产品功能或是算法标准有进步，只 需要升级程序即可，可以减少硬件设计工作量，减少产品设计周期，同时可以保护客户的投 资，因此这将是今后发展的方向。在实际的装置中，除了需要用高速DSP对音视频图像信号进行压缩和转换外，还需要一些辅 助的功能，例如键盘控制、LED状态信息显示以及对云台镜头等的控制。这些事务性工作的 处理量不大，但是需要消耗很多时间，

3、一般采用单片机更合适。因此高速DSP与低速器件 的接口问题成为了主要问题，即如何解决高速DSP与单片机接口是主要的研究任务。本文以TI公司的TMS320C6713高速DSP为例，提出2种解决办法：(1)将高速DSP的缓冲串口配置为SPI口，实现与单片机接口的方案。(2)将单片机与高速DSP的GPIO并行接口连接的办法，实现与单片机接口的方案。这两种方案都仅仅需要DSP或是单片机按照规定的模式编程，避免了多CPU之间的协同工作问 题，便于程序编制。这2种方案可以适用于几乎所有TI公司DSP器件（TMS320C2xxx不需要这样做）。 2TMS320C6713简介TMS320C6713是TI公司生

4、产的一种高速数字信号处理器（DSP），他采用先进的超长指令 (VL IW) TMS320C67xTM DSP内核，理论上每时钟周期可以执行8条32 b指令，实际上可以 做到每时钟周期可以执行6条32 b指令。最高时钟频率可以达到300 MHz，指令周期最小 3.3 ns；最高运算速度：2 400/1 800MIPs/MFLOPs。为了加快处理速度，DSP内核采用2级CACH E，其中L1级CACHE由4 kB直接程序CACHE和4 kB数据CACHE（分为2路）；L2级CACHE分为64 k B统一存储器和192 kB附加存储器。芯片内部有16通道EDMA控制器，能够高速处理几乎 所有I /O

5、和存储器的接口问题，能够大大提高芯片吞吐速度。外部总的存储器地址空间最大512 MB，数据宽度为32 b，可以支持SBRAM，SDRAM，SRAM，FALSH和EPROM。TMS320C6713与外 部I/O接口可以通过FFA构造的I/O端口、HPI口、多缓冲串口(McBSP)、SPI口、I2C口等几 种主要方式。TMS320C6713的内部结构如图1所示。 3采用SPI接口扩展外部低速接口SPI接口是TMS320C6713的多缓冲串口的一种用法。多缓冲串口McBSP中的传输时钟 具有停止模式控制选项，这就保证了McBSP与SPI协议的兼容性。SPI接口是一种4根信号线的接口协议，包含串行数据

6、输入（MISO）、串行信号输出 （MOSI） 、移位时钟（SCK）和从设备使能（SS）信号。SPI是由主设备时钟控制数据的传输过程， 在从设备使能的情况下，主设备内部的数据寄存器与从设备内部的数据寄存器构成一个环形 寄存器，在主设备的时钟信号控制下，主设备内部的数据寄存器依次传入从设备的数据寄存 器中，而与此同时，从设备内部的数据寄存器的数据依次传入主设备的数据寄存器中。在这 个通讯过程中，完全由主设备的时钟控制传输速度。TMS320C6713的SPI接口既支持主设备模式，也支持从设备模式。TMS320C6713用SPI作为主控端时，由McBSP内部的采样时钟发生器产生时钟CLKx和从设备使

7、能信号SS，如图2所示。 这时的主时钟频率由SRGR寄存器中的CLKSM位来选择时钟源，由CLKG DV设置时钟的频率。这时的时钟频率需要受到从设备的最高接收时钟的限制，一般带SPI接 口的单片机SPI口的最高速度低于4 Mb/s，因此需要使用较低的通讯速率，例如2 Mb/s。TMS320C6713的McBSP串口作为SPI接口时,需要进行初始化。其时序如图3所示。  在实际通讯中，若DSP的McBSP作为SPI的主设备，则需要分两次向单片机发命令，首先发控 制命令，然后再发取数命令，便于单片机有足够的时间响应命令。McBSP作为主设备定时的 时序如图4所示。单片机平时按照DSP的命

8、令显示数据，并执行键盘控制功能，若收到DSP的 命令，则立即停止当前的工作，快速响应DSP的命令，减少DSP的等待时间。在实际应用中，为了控制传输速度，需要设置CLKx的时钟源取自CPU时钟，并且CLKGDV=95或 是更大。由于分频后的时钟占空比为50%，这样高电平宽度=低电平宽度。这样CLKx时钟周期 T为： T=(1+CLKGDV)×P(1)其中P是CPU时钟周期。若CPU取200 MHz，则P=5 ns，这时CLKGDV=95，则T=480 ns，相应的位传输速度为2.1 Mb/s，这是一个较低的速度。由于CLKGDV取值范围在0255 之间，这时SPI的传输速度可以在0.7

9、8200 Mb/s之间变化。另外，还需要注意，DSP的McBSP接口的电压在3.3 VDC，而外部单片机一般在5 VDC左 右，需要考虑适当的电平转换接口，例如SN54LVT16373。若是扩展键盘、LED显示器等低速外部接口，可以通过单片机实现，若是构造RS232接口与PC 机通讯时，可以采用MAX3100接口。DSP通过MAX3100与PC机或其他设备之间的异步数据传输的原理如图5所示。由于DSP的接口电 源为3.3 VDC，而MAX3100也可以工作在3.3 VDC，因此可以直接接口，这是需要采用 一款 可以工作于3.3 VDC的RS232接口芯片，SP3232可以工作在3.3 VDC，

10、接口电平符合设计要 求。 MAX3100工作前需要做初始化。在用MAX3100构成RS232接口，与PC机之间异步数据传 输时， 一般采用8 b模式，不传校验位，通讯速度取9 600115.2 kb/s，接收FIFO打开，部分中 断打开。当对MAX3100初始化后，MAX3100的UART发送部分接收SPI数据，按照配置参数，加 上起始位和停止位，并按要求的波特率通过TX按异步串行发送出去，当发送缓冲器空后，可 以产生中断；MAX3100的UART接收部分按照配置参数，以16倍波特率时钟采样接收端，若发 现接收端由高变低作为起始位，然后继续以16倍波特率时钟采样接收端，按第7，8，9次的 结果

11、确定数据，并根据设置参数，每字节读取79位数据，最后根据停止位停止。MAX3100 的接收数据进入接收FIFO中，若达到8 B可以产生中断，便于DSP快速获取数据。 4GPIO接口扩展低速外围接口TMS320C6713的通用IO（GPIO）共有16个，可以用指令直接控制输入和输出。GPIO由通用IO 使能寄存器GPEN（GPIO Enable Register）和通用IO方向寄存器GPDIR（GPIO Direction Re gister）控制。使用GPIO前需要对通用IO使能寄存器GPEN和通用IO方向寄存器GPDIR初始化 。对GPIO的控制是通过对GPIO的数值寄存器GPVAL的读写实

12、现的。一旦设置好GPEN寄存器和GPD IR寄存器，DSP就可以直接利用GPIO控制外围的低速IO接口了。但是这样操作需要DSP用软件 搜索来实现IO控制，DSP的开销太大，特别是对键盘、LED等需要经常操作的低速接口更是如 此。解决办法是增加一片89S52单片机(见图6)。这时可以将16个GPIO口分为8 b数据线和必 要的2根联络线。键盘和LED显示可以用单片机来控制，仅仅需要DSP将需要显示的数据通过 接口传给单片机，或是单片机将键盘数据传送给DSP，这样DSP的负担大大降低。在单片机一 侧，可以用中断实现快速接口，而DSP这一侧目前仍然采用搜索/等待的办法，对需要高速计 算的DSP来说

13、，接口负担仍然较重。 为了降低DSP用GPIO控制外设的开销，TMS320C6713专门针对GPIO设计了中断和EDMA，如图 7所示。 在GPIO中，仅仅GPIO 0和GPIO 47具有中断功能，同时所有GPIO都有EDMA功能。 这可以通过对GPIO相应寄存器设置实现。由于采用简单的接口设计，因此DSP的GPIO采用中 断 方式更简单一些，对高速数据计算影响也不是很大。将DSP与单片机的通讯协议设计为：帧头： 8位特殊字符；命令： 8位字符；帧长度： 8位字符；数据1： 8位字符；数据 N： 8位字符；CRC校验： 8位字符。在实际通讯中，当DSP向单片机发命令时，先发数据，然后发字节同步信号到单片机的INT0 脚（中断），这样单片机采用中断方式快速接收处理。规定通讯间隙为110 ms，这样 对两 者的要求都不高。一旦启动一帧通讯后，在DSP内部采用定时器的EDMA实现定时发送，不必 再消耗DSP的资源。在单片机向DSP发命令时，单片机先发数据，然后发字节同步信号到DSP