DSP與PC機(jī)的PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸

摘要：介紹了ＴＩ公司的高性能浮點式數(shù)字信號處理芯片ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的接口信號及控制寄存器，并在此基礎(chǔ)上，指出了該ＤＳＰ通過ＰＣＩ總線與ＰＣ機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法，同時給出了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３和ＰＣ機(jī)通過ＰＣＩ９０５２總線接口芯片實現(xiàn)接口的硬件原理圖。
　　關(guān)鍵詞：DSP；數(shù)據(jù)傳輸；TMS320C6713PCI9052
　　
　�。裕停樱常玻埃茫叮罚保呈牵裕晒�司在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１１的基礎(chǔ)上推出的Ｃ６０００系列新一代浮點ＤＳＰ芯片，它是目前為止Ｃ６０００系列ＤＳＰ芯片中性能最高的一種。ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３可在２５５ＭＨｚ的時鐘頻率下實現(xiàn)１８００ＭＩＰＳ／１３５０ＭＦＬＯＰＳ的定點和浮點運(yùn)算，因而可極大地滿足通信、雷達(dá)、數(shù)字電視等高科技領(lǐng)域?qū)π盘柼幚韺崟r性的要求。同時其主機(jī)口（ＨＰＩ）可靈活地和ＰＣＩ總線控制器相連接。而ＰＣ機(jī)則可通過ＰＣＩ總線控制器直接訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間和外圍設(shè)備，從而實現(xiàn)ＰＣ機(jī)與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。
　　
　　在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＰ與ＰＣ機(jī)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨钢�，可選用ＰＬＸ公司的ＰＣＩ９０５２作為兩者之間的接口；同時選用ＰＬＸ公司的ＮＭ９３ＣＳ４６作為加載ＰＣＩ９０５２配置信息的串行ＥＥＰＲＯＭ；而用ＴＩ公司的ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４作為ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ之間的電平轉(zhuǎn)換芯片。
　　
　　１ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＰＩ簡介
　　
　�。保�１ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ的接口信號
　　
　�。裕停樱常玻埃茫叮罚保车模龋校墒且粋�１６位寬的并行端口。主機(jī)（上位機(jī)）掌管著該端口的主控權(quán)，可通過ＨＰＩ直接訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間和外圍設(shè)備。表１給出了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號的基本特征。下面對它們的具體工作方式進(jìn)行說明：
　　
　　ＨＤ[１５：０]：可以用作數(shù)據(jù)和地址的共用總線，通過ＨＤ[１５：０]傳送的數(shù)據(jù)包括控制寄存器的設(shè)置值、初始化的訪問地址以及要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
　　
　�。龋茫危裕蘙１：０]：用于控制當(dāng)前訪問的是ＨＰＩ的哪一個寄存器，該信號同時還提供了一個對ＨＰＩ數(shù)據(jù)寄存器（ＨＰＩＤ）進(jìn)行地址自增的訪問方式。在該方式下，主機(jī)會連續(xù)地訪問一個線性存儲區(qū)域，而無需反復(fù)向ＨＰＩＡ寫入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號的功能。
　　
　�。龋龋祝桑绦盘枺河糜诒砻鞑�區(qū)分ＨＤ[１５：０]上傳輸?shù)氖牵常参粩?shù)據(jù)中的高１６位還是低１６位。由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３芯片結(jié)構(gòu)決定了它與主機(jī)間所有的數(shù)據(jù)交換都是３２位，而ＨＰＩ端口為１６位，所以每次數(shù)據(jù)訪問都需要進(jìn)行兩次存取，而由ＨＰＩ自動將ＨＤ[１５：０]上連續(xù)的兩個１６位數(shù)據(jù)合成３２位，當(dāng)然，也可以用其進(jìn)行反向分解。
　　
　�。龋粒有盘枺河糜趶�(fù)用地址數(shù)據(jù)總線的主機(jī)。它可使ＨＣＮＴＬ、ＨＨＷＩＬ和ＨＲ／Ｗ信號在一個存取周期中快速地實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。對于地址數(shù)據(jù)復(fù)用的總線來說，也可以為數(shù)據(jù)／地址的切換留出更多的時間。
　　
　　ＨＣＳ、ＨＤＳ１和ＨＤＳ２信號：這三種信號可在片內(nèi)組合為一個低有效的ＨＳＴＲＯＢＥ信號，如圖１所示。其作用是,在讀取時，在ＨＳＴＲＯＢＥ信號的下降沿鎖存輸入的ＨＰＩ控制信號，包括ＨＨＷＩＬ、ＨＲ／Ｗ和ＨＣ-ＮＴＬ[１：０]；而在寫入時，其下降沿和讀取時作用相同，其上升沿則鎖存寫入的數(shù)據(jù)。
　　
　�。龋遥模傩盘枺河糜诒砻鳎龋校墒欠褚褱�(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，其作用是在接口時序上插入等待狀態(tài)。如果前一次ＨＰＩ的訪問尚未完成，那么當(dāng)前訪問的第一個半字的存取需要等待，此時，ＨＰＩ會置ＨＲＤＹ信號為高。
　　
　　表1HPI接口信號描述
　　
　　信號管腳號管腳數(shù)信號功能HD[15:1]從低到高依次為147、152、155、154、156、159、161、164、165、166、167、168、172、173、17416數(shù)據(jù)/地址總線HCNTL[1:0]從低到高依次是146、1442HPI訪問類型控制HHWIL1391確認(rèn)半字（16位）輸入HAS1351對復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線的主機(jī)區(qū)分地址和數(shù)據(jù)HR/W1431讀/寫選擇HCS1451輸入數(shù)據(jù)選通HDS1/HDS2從低到高依次是152、1512輸入數(shù)據(jù)選通HRDY1401訪問HPI狀態(tài)準(zhǔn)備好HINT1391向主機(jī)發(fā)出的中斷信號
　　表2HCNTL[1:0]控制信號的功能
　　
　　HCNTL1HCNTL0功能00主機(jī)可以對HPI的控制寄存器HPIC進(jìn)行讀寫01主機(jī)可以對HPI地址寄存器HPIA的進(jìn)行讀寫10主機(jī)可以對HPID的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫操作，此時HPIA采用以字為單位的地址自增方式11主機(jī)可以對HPID的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫操作，但此時HPIA不受影響
　�。保�２ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ的控制寄存器
　　
　　在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ中，可利用三個寄存器來完成主設(shè)備和ＣＰＵ的通信，它們是ＨＰＩ數(shù)據(jù)寄存器（ＨＰＩＤ）、ＨＰＩ地址寄存器（ＨＰＩＡ）和ＨＰＩ控制寄存器（ＨＰＩＣ）。主機(jī)可對這三個寄存器進(jìn)行讀寫，而ＣＰＵ只能對ＨＰＩＣ進(jìn)行訪問。ＨＰＩＤ中存放的是主機(jī)從存儲空間中讀取的數(shù)據(jù)，或者是主機(jī)向ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲空間中寫入的數(shù)據(jù)。ＨＰＩＡ中存放的是主機(jī)訪問ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３存儲空間的地址，其最低兩位固定為零。ＨＰＩＣ中存放的是ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的控制信息，其高１６位和低１６位內(nèi)容相同。
　　
　　主機(jī)對ＨＰＩ進(jìn)行訪問的次序為：初始化ＨＰＩＣ、初始化ＨＰＩＡ、從ＨＰＩＤ寄存器中讀取或向其寫入數(shù)據(jù)。在初始化ＨＰＩＣ時，ＨＷＯＢ位的設(shè)置是關(guān)鍵，它決定著高１６位與低１６位的傳輸次序。
　　
　�。玻校茫桑梗埃担才cＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ的接口
　　
　　ＰＣＩ９０５２是ＰＬＸ公司繼ＰＣＩ９０５０之后推出的用于低成本適配器的總線目標(biāo)接口芯片。它支持ＰＣＩ２．１協(xié)議規(guī)范，在３３ＭＨｚ的總線時鐘頻率下，其峰值傳輸速度可達(dá)１３２ＭＢ／ｓ，因而可大大改善數(shù)據(jù)傳輸中的瓶頸問題。同時它還具有方便靈活的開發(fā)特點，正是這些特點使其在ＰＣＩ從模式接口卡的設(shè)計中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　
　　表３給出了ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號的基本特征。下面是對它們具體工作方式的一些說明：
　　
　�。蹋粒腫３１：０]：利用該信號可通過設(shè)置ＬＡＳＩＢＲＤ局部地址空間總線區(qū)域描述寄存器的總線寬度位來調(diào)整總線寬度，當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝００時，采用ＬＡＤ[７：０]８位寬度，當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝０１時，采用ＬＡＤ[１５：０]（１６位），當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝１０時，采用ＬＡＤ[３１：０]（３２位）。
　　
　�。蹋拢臶３：０]字節(jié)使能信號是在總線寬度的基礎(chǔ)上編碼的。對于３２位總線，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個字節(jié)被選中：ＬＢＥ０對應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對應(yīng)[１５：８]，ＬＢＥ２對應(yīng)[２３：１６]，ＬＢＥ３對應(yīng)[３１：２４]；而對于１６位總線，ＬＢＥ０對應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對應(yīng)[１５：８]；對于８位總線，ＬＢＥ０對應(yīng)地址的第０位，ＬＢＥ１對應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。
　　
　　ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對應(yīng)的片選基地址寄存器（ＣＳＩＢＡＳＥ）。ＣＳＩＢＡＳＥ?０?為片選使能位，其中ＣＳＩＢＡＳＥ[２７：１]為片選空間位。從片選空間位的第１位向第２７位掃描時，遇到第１個“１”即決定了片選空間的大小，其余位則為片選空間的基地址。
　　
　�。蹋桑危裕焙停蹋桑危裕部赏ㄟ^中斷控制／狀態(tài)寄存器ＩＮＣＳＲ的中斷使能位ＩＮＣＳＲ[６]進(jìn)行使能，同時可設(shè)置其它相關(guān)信息。
　　
　　表3PCI9052與TMS320C6713的接口信號描述
　　
　　信號管腳號管腳數(shù)信號功能LAD[31:0]從低到高依次為91、90、89、88、87、86、85、84、83、82、79、78、77、76、75、74、73、72、71、70、69、62、61、60、59、58、57、56、55、54、53、5232數(shù)據(jù)總線LW/R1271為“1”時寫，為“0”時讀LA[27：1]從低到高依次是92、93、94、95、96、97、98、100、101、102、105、106、107、108、109、110、111、112、113、114、115、116、117、118、119、12227地址總線，傳輸28位線性地址的高26位LBE[3:0]從低到高依次是46、47、48、494字節(jié)使能信號，表示當(dāng)前總線傳輸中哪一個字節(jié)被選中LRDY1281在局部總線讀數(shù)據(jù)或可接受寫數(shù)據(jù)ADS1231表明可用地址和一次新的總線存取的起始CS1、CS2130、1312片選信號RD1261通用寫WR1251通用讀LINT1，LINT2137、1362局部中斷輸入
　�。撑cＰＣ的高速數(shù)據(jù)傳輸
　　
　　ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２的具體連線如圖２所示。
　　
　　實際上，在具體電路設(shè)計時，整個方案的實現(xiàn)除了需要ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３和ＰＣＩ９０５２外，還需要有ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４和ＮＭ９３ＣＳ４６。由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的Ｉ／Ｏ是在３．３Ｖ電壓下工作，而ＰＣＩ９０５２在５Ｖ電壓下工作，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３與ＰＣＩ９０５２之間必須采用ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４是ＴＩ公司生產(chǎn)的１０位總線轉(zhuǎn)換器，它的輸入、輸出引腳一一對應(yīng)，并分別排列在芯片的兩側(cè)封裝。圖２中共選用了三片ＳＮ７４ＣＢＴＤ３３８４。ＮＭ９３ＣＳ４６是ＰＬＸ公司生產(chǎn)的串行ＥＥＰＲＯＭ存儲器，用于加載ＰＣＩ９０５２配置信息。其中按一定順序存放著設(shè)備號（ＤＩＤ）、供應(yīng)商代號（ＶＩＤ）、子設(shè)備號（ＳＤＩＤ）、子供應(yīng)商代號（ＳＶＩＤ）、ＰＣＩ總線與局部總線之間的地址空間映射關(guān)系、片選地址、控制位、狀態(tài)位及其它雜項配置等。上電時，ＰＣＩ總線的ＲＳＴ信號有效，同時ＰＣＩ９０５２輸出局部復(fù)位信號ＬＲＥＳＥＴ，并檢查ＮＭ９３ＣＳ４６是否有效。若有效，且第一個１６位字不是ＦＦＦＦｈ，那么ＰＣＩ９０５０將根據(jù)串行ＥＥＰＲＯＭ的值來設(shè)置內(nèi)部寄存器，否則采用默認(rèn)值。
　　
　　考慮到ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２間的時序配合問題，通常在連線過程中，還必須注意下列幾個問題：
　　
　�。ǎ保┯捎冢校脵C(jī)中數(shù)據(jù)與地址總線是復(fù)用的，所以ＰＣＩ９０５２的ＭＯＤＥ引腳應(yīng)接地，而ＰＣＩ９０５２中局部數(shù)據(jù)與地址總線是非復(fù)用的，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＡＳ引腳應(yīng)接高電平。
　　
　�。ǎ玻┯捎冢裕停樱常玻埃茫叮罚保车模龋遥�Ｗ信號與ＰＣＩ９０５２的Ｗ／Ｒ信號極性相反，因此必須通過非門進(jìn)行連接。
　　
　　（３）由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３與ＰＣＩ９０５２分別工作在不同的時鐘頻率下，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＲＤＹ信號輸出必須通過Ｄ觸發(fā)器的同步后才能送入邏輯電路,以供ＰＣＩ９０５２的ＬＲＤＹ信號使用。
　　
　�。ǎ矗�ＬＲＤＹ信號的邏輯表達(dá)式為：ＬＲＤＹ＝ＲＤ．ＷＲ＋(ＣＳ１＋ＡＤＳ＋ＨＲＤＹ)，因此，只有ＲＤ或ＷＲ有效，且ＣＳ、ＡＤＳ、ＨＲＤＹ也有效時，ＬＲＤＹ才能有效。
　　
　　另外，要保證ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２的穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，除了要設(shè)計合理的硬件電路外?還必須對ＰＣＩ９０５２的內(nèi)部寄存器進(jìn)行準(zhǔn)確配置。關(guān)于ＰＣＩ９０５２內(nèi)部寄存器的具體配置方法，可以參考ＰＬＸ公司的用戶手冊，這里不再贅述。
　　
　　筆者已將該方案應(yīng)用于某電力系統(tǒng)精確故障定位及錄波裝置中。其中，由ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＰ芯片構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集卡用來控制電力系統(tǒng)中各電參數(shù)的采集、存儲與故障判斷。當(dāng)其ＨＰＩ被設(shè)置為帶地址自增的讀方式時，可在一次故障記錄結(jié)束后，由ＰＣ機(jī)將存儲在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３外擴(kuò)ＳＤＲＡＭ中的大量數(shù)據(jù)一次性讀入。讀入的數(shù)據(jù)可用來計算故障發(fā)生的精確位置，分析系統(tǒng)中各電參數(shù)的變化情況，同時記錄各繼電保護(hù)裝置的動作情況。
　　
　�。唇Y(jié)束語
　　
　　該方案不僅有效地解決了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＤＳＰ芯片與ＰＣ機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而且簡化了硬件設(shè)計。同時由于它支持即插即用技術(shù)。因此，由ＤＳＰ構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集卡具有良好的可移植性。
　　
　　
　　

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