基于DSP實現異步串行數據通訊系統的應用設計

TMS320C6711是TI公司TMS320C6000系列32位浮點DSP，它具有專用硬件邏輯的CPU、片內存儲器、片內外設，支持匯編和C語言的單獨或混合編程。該系列DSP最主要的特點是采用了VLIW體系結構，因此可以單周期發射多條指令，實現很高的指令級并行效率。其計算和處理速度非?？?，系統單指令周期可達到6.67ns，被廣泛用于DSL、無線基站、雷達聲納、數字圖像處理等方面。在TMS320C6711中有2個多通道緩沖串行接口McBSP，McBSP不僅可以配制成串行接口，還可以獨立配制成通用的輸入（GPI）、輸出（GPO）和輸入輸出端口（GPIO）。其優點是數據處理能力強大，但控制接口少，片內集成外部設備少，控制能力較弱。

TI公司的TMS320LF2407為16位定點DSP微控制器，內嵌有看門狗定時器（WDT）、CAN總線控制器、模數轉換器（ADC）、串行外設接口（SPI）、異步串行口（SCI）等多種外設模塊，并有大量輸入輸出引腳（GPIO），可以滿足控制系統多方面的控制需求。但由于TMS320LF2407的指令周期最短為25ns（40MHz主頻），對于數據處理運算量特別大的系統，其運算速度略顯不足。

多數數字圖像處理應用系統既要求系統有強大的數據處理能力，以滿足對圖像處理的實時性要求，又要求系統有強大的控制能力，以便實現對外部眾多設備的控制。在實際應用系統中，將TMS320C6711作為處理器完成數字圖像的實時處理，TMS320LF2407作為控制器完成系統的控制功能，便可兼顧系統的數據處理能力與外部設備控制能力。這樣的系統要求在TMS320C6711和TMS320LF2407之間建立有效的數據交換通道，本文所介紹的設計思想就是基于以上工程需要提出的。

1 系統結構

本系統為嵌入式數字圖像處理系統，數字圖像數據由下位機TMS320C6711處理，處理結果采用異步串口通訊的方式傳送給上位機TMS320LF2407，TMS320LF2407將采集到的模擬量、開關量等參數，與通過異步串口接收到的圖像處理結果一起通過CAN總線向遠程監控終端發送。

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計可以支持使用標準格式的異步數字通訊。通訊數據的格式為：一個起始位、數據（長度可通過編程在16位～8位內可選）位、可供選擇的奇/偶/非極性位、一個或兩個停止位。

1.1 McBSP接口

McBSP可以分為數據通道和控制通道兩部分。數據發送引腳（DX）和數據接收引腳（DR）分別負責數據的發送和接收，發送時鐘引腳（CLKX）、接收時鐘引腳（CLKR）、發送幀同步引腳（FSX）和接收幀同步引腳（FSR）提供串行時鐘和控制信號。CPU和DMA控制器通過外設總線與McBSP進行通訊。當發送數據時，CPU和DMA將數據寫入數據發送寄存器（DXR1，DXR2），接著復制到發送移位寄存器（XSR1，XSR2），通過發送移位寄存器輸出至DX引腳。同樣，當接收數據時，DR引腳上接收到的數據先移位到接收移位寄存器（RSR1，RSR2），接著復制到接收緩沖寄存器（RBR1，RBR2），RBR再將數據復制到數據接收寄存器（DRR1，DRR2）中，并通過串口事件通知CPU或DMA讀取數據。這種多極緩沖方式使得片內數據通訊和串行數據通訊能夠同時進行。

1.2 SCI接口

SCI模塊支持CPU和其他使用標準格式的異步設備間的通訊。它具有SCIRXD（串行數據接收端）和SCITXD（串行數據發送端）兩個I/O引腳。在全雙工模式下具有一個發送器（包括SCITX2BUF及其主寄存器TXSHF）、一個接收器（包括SCIRXBUF及其RXSHF）。發送器在SCITXBUF存放要發送的數據，并每次一位地將數據移位至SCITXD引腳；接收時則每次一位地將SCIRXD引腳上的數據移入，載入SCIRXBUF和SCIRXEMU給CPU讀取。具有一個可編程的波特率發生器，可得到超過65 000種不同的可編程速率。SCI為接收器和發送器提供獨立的中斷請求和中斷向量：如果RX/BKINT ENA位（SCICTL2.1）被置位，當SCI接收到一個完整的幀，并把RXSHF中的數據傳送到SCIRXBUF時，這個動作置位RXRDY標志（SCIRXST.6）并啟動一個中斷。如果TX INT ENA位（SCICTL2.0）被置位，則在任何時候，只要SCITXBUF中的數據送到TXSHF，發送器中斷就會被認定，表示CPU可以向SCITXBUF寫。這個動作置位TXRDY標志位，并啟動一個中斷。

2 硬件實現

當TMS320C6711D與TMS320LF2407A進行標準異步串行通訊時，TMS320LF2407A的SCI接口可直接支持該通訊，只需將SCI接口通過內部特殊功能寄存器配置為串行接口模式即可。而TMS320C6711D的McBSP除通過內部特殊功能寄存器配置成串行接口外，在硬件設計上還應將DR和FSR短接，并與SCI的串行數據發送引腳（SCITXD）相連。這是由于標準異步串行通訊中數據線上既包含了幀同步信息，也包含了數據信息。SCI的串行數據接收引腳（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，不需要電平轉換。

3 軟件參數的配置與計算

3.1 針對TMS320C6711D

（1）波特率的計算

TMS320C6711D內部生成的串行時鐘由系統時鐘頻率SYSCLK和采樣率發生寄存器決定。MCBSP的內部數據時鐘頻率即異步波特率由以下公式確定：

MCBSP異步波特率=采樣率發生寄存器輸入時鐘頻率/（CLKGDV+1）

其中：CLKGDV=采樣率發生寄存器輸入時鐘頻率/McBSP異步波特率-1。

當采樣率發生寄存器的CLKSM=1時，采樣率發生寄存器輸入時鐘頻率=CPU內核輸入時鐘/2；

當采樣率發生寄存器的CLKSM=0時，采樣率發生寄存器輸入時鐘頻率=CPU內核輸入時鐘。

在本系統中，TMS320C6711D的內核輸入時鐘為150MHz，采樣率發生寄存器的CLKSM位設置為1。若使McBSP異步通訊波特率為312.5kb/s，則依據以上公式，采樣率發生寄存器的CLKGDV段參數應配置為239，即十六進制的0xEF。

（2）特殊功能寄存器的初始化

TMS320C6711D內部與McBSP配置相關的特殊功能寄存器主要有：串口控制寄存器（SPCR）、接收控制寄存器（RCR）、發送控制寄存器（XCR）、采樣率發生器寄存器（SRGR）、多通道控制寄存器（MCR）、接收通道使能寄存器（RCER）、發送通道使能寄存器（XCER）、管腳控制寄存器（PCR）。

TMS320C6711的McBSP與TMS320LF2407的SCI模塊通訊時，系統對McBSP的配置要求為：數據為單項幀；每幀一個數據單元；數據單元字長為8bit；時鐘下降沿處接收數據；在上升沿處發送數據；幀同步信號高有效；幀同步有效后，在其后的第一個時鐘周期啟動該幀的傳輸，即數據延遲為0；異步通信波特率為312.5kb/s。

3.2 針對TMS320LF2407A

（1）波特率的計算

TMS320LF2407A內部生成的串行時鐘由系統時鐘SYSCLK頻率和波特率選擇寄存器決定。串行通信接口使用16bit波特率選擇寄存器，數據傳輸速度可以被編程為65000多種不同的方式。

不同通信模式下的串行通信接口異步波特率由下列方法決定：

在本系統中，TMS320LF2407A的系統輸入時鐘為25MHz，若使SCI異步通信波特率為312.5kb/s，則依據以上公式，波特率選擇寄存器參數應配置為9，即十六進制的0x0009。

（2）特殊功能寄存器的初始化

TMS320LF2407的SCI模塊的異步串行通訊配置包括管腳配置、通訊模式配置和中斷配置三方面，相關的特殊功能寄存器包括復用控制寄存器（MCRA）、端口數據和方向控制寄存器（PADATDIR）、串行通訊接口控制寄存器1和2（SCICTL1和SCICTL2）、通訊控制寄存器（SCICCR）、波特率選擇高字節寄存器和低字節寄存器（SCIHBAUD和SCILBAUD）、優先級控制寄存器（SCIPRI）、接收狀態寄存器（SCIRXST）等。

4 軟件設計

系統中TMS320C6711通過McBSP將圖像處理結果采用主動發送的方式發送給TMS320LF2407，后者通過響應SCI中斷的方式接收數據信息。

5 串行通訊初始化程序

TMS320C6711與TMS320LF2407進行串行通訊的軟件設計難點是McBSP與SCI的初始化程序設計。初始化程序包括對芯片的管腳配置、通訊模式配置和中斷配置等方面。以下分別給出TMS320C6711的McBSP模塊和TMS320LF2407的SCI模塊的初始化程序模塊。

（1）TMS320C6711的McBSP模塊初始化程序

void init_mcbsp0_master（void）

{

MCBSP_Config mcbspCfg0=

{

0x00010001，//配置spcr寄存器

0x000D0000，//配置rcr寄存器

0x00040020，//配置xcr寄存器

0x200000ef，//配置srgr寄存器，

//波特率設定為312.5kb/s

0x00000000，//配置mcr寄存器

0x00000000，//配置rcer寄存器

0x00000000，//配置xcer寄存器

0x00000b0c//配置pcr寄存器

}；

hMcbsp0=MCBSP_open（MCBSP_DEV0， MCBSP_OPEN_RESET）；

//選用port 0

MCBSP_config（hMcbsp0，&mcbspCfg0）；

IRQ_map（IRQ_EVT_RINT0，13）；//映射接收中斷0為

//13號中斷

IRQ_reset（IRQ_EVT_RINT0）；

IRQ_enable（IRQ_EVT_RINT0）；//開中斷

MCBSP_enableRcv（hMcbsp0）；

MCBSP_enableSrgr（hMcbsp0）；//Handle to SRGR

MCBSP_enableFsync（hMcbsp0）；

}

（2）TMS320LF2407的SCI模塊初始化程序

void sci_INIT（void）

{

MCRA=MCRA|0x0003； //設置引腳SCITXD/IOPA0和

//SCIRXD/IOPA1為串行通訊功能

PADATDIR=0X0100； //設PA口為輸入口

SCICTL1=0x13； //使能接收和發送

SCICTL2=0x02； //禁止發送中斷，使能接收中斷

SCICCR=0X07； //8位字長，1個停止位，空閑線多處

//理器模式，無奇偶校驗

SCIHBAUD=0x00； //波特率設為312.5kb/s

SCILBAUD=0x09；

SCIPRI=0x00； //接收為高優先級中斷

SCIRXST=SCIRXST&0xbf；//清除SCI接收中斷標志

SCICTL1=0x33； //保存設置

}

利用TMS320C6711的McBSP和TMS320LF2407的SCI可以實現異步串行數據通訊，具有電路簡單、設置靈活、數據傳輸速度快、性能可靠穩定等特點。在此基礎上可成功構建主從式雙DSP數據處理系統，有效解決單一DSP系統數據處理能力與控制能力難以兼顧的問題。本文所介紹的設計方案已在實際應用系統中采用，并經長時間運行檢驗。實踐證明，此設計方案是一種有效的多DSP數據交換手段。

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