基于dMAX的C6727B并行数据传输设计

引 言
    DSP(数字信号处理器)和FPGA(现场可编程门阵列)一直是数字信号处理的两个核心处理单元。目前的无线通信、图像系统、语音系统都是以这两类芯片为核心，配置必要的外围电路来组成整个系统。DSP的主要优点是算法处理能力强，而FPGA的主要优点则是并行处理。随着电子技术和芯片技术的发展，DSP和FPGA逐渐融合，目前一般的FPGA芯片都提供数字算法处理IP核，可以在FPGA上完成FFT、滤波等传统意义上属于DSP的工作。这些核的主要缺点是算法固定，只提供成熟的算法，算法处理的灵活性较低。经过长期的发展，DSP的片内外设逐渐丰富，但一直很难触及FPGA的并行处理。
    TI公司推出的C6727B芯片其片内集成了最新的dMAX(Dual Data Movement Accelerator，双向数据传输加速器)模块，使得并行数据传输成为可能。其实现并行数据传输的本质就是相当于在片内集成2个EDMA(En—hanced Direct Memory Access，增强的直接存储器访问)模块，实现数据在无需CPU参与情况下的并行双路传输。本文以HPI和EMIF接口的数据传输为例，介绍dMAX的结构、配置及其使用方法。

1 dMAX及其结构
    C6727B是在C671x基础上发展的浮点型DSP，其最高工作频率达到350 MHz。单个指令周期可以执行6个浮点数据运算，最高达到2 100MFLOPS；片内具有256KB的RAM，片内外设有。EMIF、UHPI、音频串口、dMAX、定时器以及I2C、SPI接口等。
    dMAx模块是C672x系列DSP所特有的数据传输模块，可以实现内部存储器、片内外设和外部存储器两两之间的数据传输。其内部结构如图1所示。

    从图中可以看出，dMAX主要由事件和中断处理模块、事件编码器、事件参数表、事件的地址生成硬件等组成。事件模块分成高优先级和低优先级两个相互独立的模块，各自有独立的事件入口和事件参数表，和CPU有独立的接口，使得dMAX可以同时处理两个不同的事件。当访问CPU端口时，MAX0的优先级高，MAXl的优先级低。
    dMAX可以使用户定义的数据在内部数据存储器与外设之间移动，dMAX能够移动数据到任意能够寻址的存储器空间，包括内部存储器、外设存储器空间、扩展内存。dMAx能够同时处理2个数据转移请求，而且dMAX能够通过执行先进的一维、二维与三维数据的存储器传输工作，从而使DSP得以专注于信号处理任务，显著提高系统性能，适合图像的子帧提取或者语音信号的子信道提取。
    为了方便CPU直接控制dMAX，C6727B还有2个专门的寄存器负责CPU与dMAX的通信，分别为DETR与DESR寄存器，CPU通过对这两个寄存器的读写就可以控制dMAX的操作。

2 系统硬件结构
    C6727B和其他DSP有一个较大的区别就是，C6727B不再提供专门的外部中断引脚，而是使用一些GPIO引脚与dMAX配合使用，通过寄存器的设置将GPIO引脚配置成外部中断引脚。为了实现并行的数据传输，需要使用2个外部中断引脚。为此，使用C6727B的音频串口的AXR[8]和AXR[9]作为通用I／O引脚，同时需要将音频串口的CONFIGMCASP0和CONFIGMCASP1分别配置成Ox0001和0x0002，如图2所示。此时音频串口不能再作为普通的音频口使用，而是配置成I／0接口。
    从图2可以看出，配置好音频串口后，一旦AXR[8]和AXR[9]引脚有上升沿到，则McASP0和McASP1激活dMAX的事件26和事件27。这两个事件分别连接到dMAX的低优先级和高优先级模块。即使两个中断同时发生，dMAX也可以同时响应事件，并处理相应的数据传输。

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    为了实现并行数据传输，必须将事件26的参数设置成与EMIF接口通信，同时需要将传输数据的源地址，目的地址，数据个数和数据增加方式(不变、加1、减1等)在初始化时写入dMAx(Lo)的参数中。这样，一旦事件26触发，dMAX(Lo)将自动传输数据；数据传输结束后，可以根据需要将dMAX(Lo)配置为向CPU发送内部中断14。同样，对于事件27，配置dMAX(Hi)的参数就可以完成对HPI接口的数据传输，也可以根据需要将dMAX(Hi)配置为向CPU发送内部中断13。
    McASP与中断相关的寄存器配置是实现以上方案的重点，其中断配置框图如图3所示。从图中可以看出，使用PFUNC寄存器将其配置成通用I／0引脚；PDIR寄存器控制I／O引脚的方向，若是输出引脚则由POUT引脚输出高低电平，若是输入引脚则由PDIN寄存器读出该引脚的状态；此外，可以使用PDCLR和PSET寄存器清除或者设置输出引脚的状态。

3 系统软件设计
    系统软件设计主要包括McASP、dMAX、HPI和EMIF的初始化，以及中断使能等。系统主程序只需要等待中断进行相应的处理，主要的数据传输工作都是由dMAX按照软件配置自动完成，不需要CPU参与。系统软件流程如图4所示。图中，虚线部分表示由dMAX独立完成的工作，实线部分表示由CPU完成的工作。两者之间通过内部中断方式实现状态的交流。

    当有2个以上传输事件发生，尤其是多个事件都在同一个dMAX优先级完成时，事件仲裁就变得很重要。图5是多个dMAX事件进行数据传输的例子。图中，事件A为dMAX(Hi)数据传输；事件0～2为dMAX(Lo)数据传输。在dMAX(Lo)中，设定事件O优先级最高，事件2优先级最低。

    事件A和事件0同时发生，将分别触发dMAX(Hi)和dMAX(Lo)进行数据传输。在之后的时钟周期内，dMAX(Hi)不再有其他事件发生，将稳定、持续地进行事件A的数据传输，直到传输结束，如图5中最后一行所示。
    对于dMAX(Lo)，在传输了事件0的一个数据后，事件2发生。虽然事件2的优先级低于事件O，但dMAX(Lo)仍然会响应事件2，并且会传输一个事件2的数据，如图中第5行的E2／QO。此时，dMAX(Lo)就存在2个激活的事件——事件O和事件2。之后的数据传输dMAX(Lo)进行优先级判断，将优先传输事件O的数据，而将事件2挂起，直到事件O结束后才开始处理事件2的数据传输。

4 总 结
    dMAX使用2路独立的传输通道从而实现并行数据传输，其本质是采用了独立的物理通道，这与FPGA实现并行处理基本一致。本文介绍了基于C6727B的dMAX的基本结构以及软硬件设计，使用事件优先级控制区分多个事件的数据传输。由于可以并行传输数据，使得DSP与外部设备的通信更加方便和快捷，而且不需要CPU的参与，减轻了CPU的负担，使CPU可以专注于复杂的算法处理。