基于DSP與PC機的PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸

TMS320C6713是ＴＩ公司在TMS320C6711的基礎上推出的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的定點和浮點運算，因而可極大地滿足通信、雷達、數(shù)字電視等高科技領域對信號處理實時性的要求。同時其主機口（HPI）可靈活地和ＰＣＩ總線控制器相連接。而ＰＣ機則可通過ＰＣＩ總線控制器直接訪問TMS320C6713的存儲空間和外圍設備，從而實現(xiàn)ＰＣ機與TMS320C6713之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

在TMS320C6713 DSP與ＰＣ機實現(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之間的電平轉換芯片。

１　TMS320C6713的HPI簡介

１．１ TMS320C6713 HPI的接口信號

TMS320C6713的HPI是一個１６位寬的并行端口。主機（上位機）掌管著該端口的主控權，可通過HPI直接訪問TMS320C6713的存儲空間和外圍設備。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置值、初始化的訪問地址以及要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

ＨＣＮＴＬ[１：０]：用于控制當前訪問的是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）進行地址自增的訪問方式。在該方式下，主機會連續(xù)地訪問一個線性存儲區(qū)域，而無需反復向HPIＡ寫入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號的功能。

ＨＨＷＩＬ信號：用于表明并區(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芯片結構決定了它與主機間所有的數(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，當然，也可以用其進行反向分解。

ＨＡＳ信號：用于復用地址數(shù)據(jù)總線的主機。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)轉換。對于地址數(shù)據(jù)復用的總線來說，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)。

ＨＲＤＹ信號：用于表明HPI是否已準備好傳輸數(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1 HPI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、174 16 數(shù)據(jù)/地址總線
HCNTL[1:0] 從低到高依次是146、144 2 HPI訪問類型控制
HHWIL 139 1 確認半字（16位）輸入
HAS 135 1 對復用地址數(shù)據(jù)總線的主機區(qū)分地址和數(shù)據(jù)
HR/W 143 1 讀/寫選擇
HCS 145 1 輸入數(shù)據(jù)選通
HDS1/HDS2 從低到高依次是152、151 2 輸入數(shù)據(jù)選通
HRDY 140 1 訪問HPI狀態(tài)準備好
HINT 139 1 向主機發(fā)出的中斷信號

表2 HCNTL[1:0]控制信號的功能

HCNTL1 HCNTL0 功 能
0 0 主機可以對HPI的控制寄存器HPIC進行讀寫
0 1主機可以對HPI地址寄存器HPIA的進行讀寫
1 0 主機可以對HPID的數(shù)據(jù)寄存器進行讀寫操作，此時HPIA采用以字為單位的地址自增方式
1 1 主機可以對HPID的數(shù)據(jù)寄存器進行讀寫操作，但此時HPIA不受影響

１．２ TMS320C6713 HPI的控制寄存器

在TMS320C6713 HPI中，可利用三個寄存器來完成主設備和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）。主機可對這三個寄存器進行讀寫，而ＣＰＵ只能對HPIＣ進行訪問。HPIＤ中存放的是主機從存儲空間中讀取的數(shù)據(jù)，或者是主機向TMS320C6713的存儲空間中寫入的數(shù)據(jù)。HPIＡ中存放的是主機訪問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位內容相同。

主機對HPI進行訪問的次序為：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位的設置是關鍵，它決定著高１６位與低１６位的傳輸次序。

２ PCI9052與TMS320C6713HPI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從模式接口卡的設計中得到了廣泛的應用。

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：

ＬＡＤ[３１：０]：利用該信號可通過設置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整總線寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝００時，采用ＬＡＤ[７：０]８位寬度，當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝０１時，采用ＬＡＤ[１５：０]（１６位），當ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝１０時，采用ＬＡＤ[３１：０]（３２位）。

ＬＢＥ[３：０]字節(jié)使能信號是在總線寬度的基礎上編碼的。對于３２位總線，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個字節(jié)被選中：ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應[１５：８]，ＬＢＥ２對應[２３：１６]，ＬＢＥ３對應[３１：２４]；而對于１６位總線，ＬＢＥ０對應[７：０]，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對應[１５：８]；對于８位總線，ＬＢＥ０對應地址的第０位，ＬＢＥ１對應地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。

ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對應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。

ＬＩＮＴ１和ＬＩＮＴ２可通過中斷控制／狀態(tài)寄存器ＩＮＣＳＲ的中斷使能位ＩＮＣＳＲ[６]進行使能，同時可設置其它相關信息。

表3 PCI9052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、52 32 數(shù)據(jù)總線
LW/R 127 1 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、122 27 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、49 4 字節(jié)使能信號，表示當前總線傳輸中哪一個字節(jié)被選中
LRDY 128 1 在局部總線讀數(shù)據(jù)或可接受寫數(shù)據(jù)
ADS 123 1 表明可用地址和一次新的總線存取的起始
CS1、CS2 130、131 2 片選信號
RD 126 1 通用寫
WR 125 1 通用讀
LINT1，LINT2 137、136 2 局部中斷輸入

３　與 ＰＣ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進行電平轉換。SN74CBTD3384是ＴＩ公司生產(chǎn)的１０位總線轉換器，它的輸入、輸出引腳一一對應，并分別排列在芯片的兩側封裝。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備號（ＤＩＤ）、供應商代號（ＶＩＤ）、子設備號（ＳＤＩＤ）、子供應商代號（ＳＶＩＤ）、ＰＣＩ總線與局部總線之間的地址空間映射關系、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的值來設置內部寄存器，否則采用默認值。

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：

（１）由于ＰＣ機中數(shù)據(jù)與地址總線是復用的，所以PCI9052的ＭＯＤＥ引腳應接地，而PCI9052中局部數(shù)據(jù)與地址總線是非復用的，所以TMS320C6713的ＨＡＳ引腳應接高電平。

（２）由于 TMS320C6713的ＨＲ／Ｗ信號與PCI9052的Ｗ／ Ｒ信號極性相反，因此必須通過非門進行連接。

（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。

（４）ＬＲＤＹ信號的邏輯表達式為：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TMS320C6713 HPI與PCI9052的穩(wěn)定協(xié)調工作，除了要設計合理的硬件電路外還必須對PCI9052的內部寄存器進行準確配置。關于PCI9052內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。

筆者已將該方案應用于某電力系統(tǒng)精確故障定位及錄波裝置中。其中，由TMS320C6713 DSP芯片構成的高速數(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。當其HPI被設置為帶地址自增的讀方式時，可在一次故障記錄結束后，由ＰＣ機將存儲在TMS320C6713外擴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裝置的動作情況。

４　結束語

該方案不僅有效地解決了TMS320C6713 DSP芯片與ＰＣ機間數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問題，而且簡化了硬件設計。同時由于它支持即插即用技術。因此，由DSP構成的高速數(shù)據(jù)采集卡具有良好的可移植性。