增強型 eDMA的結(jié)構(gòu)與典型應(yīng)用
1 eDMA介紹
1．1 eDMA的結(jié)構(gòu)
eDMA模塊框圖如圖1所示。
從eDMA的模塊結(jié)構(gòu)圖可以看出，eDMA模塊包括兩個主要模塊：eDMA引擎和傳輸控制描述符TCD單元。其中，eDMA引擎的功能主要包括源地址和目的地址的計算和實際的數(shù)據(jù)搬移操作；TCD單元的功能是為每個通道定義傳輸?shù)脑吹刂泛湍康牡刂?、次循環(huán)的大小、單次傳輸?shù)淖止?jié)量及傳輸方式等信息。
eDMA引擎由如下4個子模塊組成：
①地址路徑模塊。執(zhí)行傳輸控制描述符的2個通道(通道X和通道Y)的注冊，并處理所有的總線地址計算。被注冊的通道用于裝載從傳輸控制描述符區(qū)域讀取的傳輸控制描述符內(nèi)容。
②數(shù)據(jù)路徑模塊。執(zhí)行數(shù)據(jù)的讀寫，包括16字節(jié)的寄存器存儲區(qū)域，并支持多種數(shù)據(jù)排列方式。
③編程模型／通道仲裁模塊。執(zhí)行eDMA編程模型和通道仲裁。eDMA外部請求輸入和中斷輸出都連接到該模塊。
④控制模塊。提供所有針對eDMA引擎的控制功能，包括對數(shù)據(jù)讀和寫的匹配。如需要讀取的源數(shù)據(jù)大小為16位，而目標(biāo)數(shù)據(jù)大小為32位，則每2次讀取只需要1次寫入。
傳輸控制描述符區(qū)域由如下兩部分組成：
①內(nèi)存控制器。該邏輯執(zhí)行必需的雙向端口控制，處理eDMA引擎和內(nèi)部外圍總線的通道。
②內(nèi)存陣列。TCD存儲區(qū)是一個單端口同步的RAM陣列。每個通道都有1個TCD單元，每個TCD有32字節(jié)，由11個寄存器組成。
1．2 eDMA的操作
MCF5329的eDMA有16個數(shù)據(jù)傳輸通道，每一個通道由一個傳輸控制描述符TCD進(jìn)行描述。TCD不僅記錄了數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑春湍康牡刂?，還記錄了當(dāng)前傳輸?shù)刂废鄬τ谄鹗嫉刂返钠?。該偏移由一個主循環(huán)(maior loop)和一個次循環(huán)(minor loop)來表示。當(dāng)一個通道在傳輸時，次循環(huán)中的數(shù)據(jù)傳輸完成之后，eDMA引擎中的當(dāng)前源地址、目的地址和外循環(huán)的大小會被寫回TCD存儲區(qū)域，并執(zhí)行通道連接的其他通道傳輸。每一個次循環(huán)執(zhí)行完，當(dāng)前外循環(huán)計數(shù)器就會減1；當(dāng)外循環(huán)計數(shù)器減為O時，eDMA會向處理器發(fā)起一次中斷請求，請求下一次eDMA傳輸?shù)脑春湍康牡刂贰Ｒ淮沃餮h(huán)所能傳送的最大字節(jié)數(shù)由用戶所分配的eDMA緩沖區(qū)大小決定。
1．3 eDMA基本數(shù)據(jù)流
eDMA基本數(shù)據(jù)流可被劃分為三段。
第一段是通道激活。以外圍硬件請求激活通道為例，eDMA請求輸入信號首先經(jīng)由控制子模塊進(jìn)入編程模型和通道仲裁模塊，確定采用固定優(yōu)先級還是聯(lián)合通道仲裁(固定優(yōu)先級仲裁是先給具有最高優(yōu)先級的通道服務(wù)，聯(lián)合通道優(yōu)先級是先給通道編號最大的通道服務(wù))；確定通道后，被確定的通道號通過地址路徑模塊發(fā)送并轉(zhuǎn)換成需要的地址，用于在當(dāng)?shù)卮鎯^(qū)域中存取傳輸控制描述符TCD；相應(yīng)的描述符讀取出來后被裝載到地址路徑模塊中的通道X或通道Y寄存器中。
第二段是真正的數(shù)據(jù)傳輸。源數(shù)據(jù)被讀取出來臨時，存儲在數(shù)據(jù)路徑塊中，然后在時鐘的驅(qū)動下將數(shù)據(jù)寫入到目標(biāo)地址。整個讀寫過程持續(xù)到次循環(huán)數(shù)據(jù)結(jié)束。
第三段是TCD的更新和中斷請求的發(fā)生。一旦一個次循環(huán)數(shù)據(jù)傳輸完畢，數(shù)據(jù)流就進(jìn)入第三段。在該段中，地址路徑邏輯會更新相應(yīng)TCD中的特定區(qū)域，如源地址、目標(biāo)地址和外循環(huán)計數(shù)。如果外循環(huán)計數(shù)減為O，則要進(jìn)行額外的設(shè)置，包括最終地址調(diào)節(jié)。如果在此時有中斷請求發(fā)生，需要重新讀取一個新的TCD。
2 TLV320DAC23介紹
TLV320DAC23是TI公司推出的一顆高性能立體聲音頻編解碼(CODEC)芯片，采樣率可以從8 kHz到96kHz，傳輸字長可自由選擇為16位、20位、24位或32位；最大輸出信噪比可達(dá)到100 db；控制端口可兼容SPI、2一wire等協(xié)議；回放模式下功率為18 mw，省電模式下小于15μW。該芯片適用于便攜式設(shè)備的數(shù)字音頻處理。
(1)控制接口
控制接口用于對器件TLV320DAC23的寄存器編程，以及設(shè)置音頻芯片的工作參數(shù)。它兼容兩種模式：SPI三線模式、2一wire模式。
MODE：模式選擇。MODE為0時采用2一wire模式，為1時采用SPI模式。
SCLK：控制端口串行數(shù)據(jù)時鐘。
SDIN：控制端口串行數(shù)據(jù)輸入。
CS：控制端口輸入鎖存／地址選擇。SPI模式下，CS用于數(shù)據(jù)鎖存控制，2一wire模式下，CS定義器件地址域的第7位。SPI模式下，1個控制字為1 6位：高7位為控制地址，低9位為控制字。16位的控制字由MSB位開始傳輸，每位在SCLK的上升沿被鎖存，整個16位的控制字在最低位被CS鎖存進(jìn)TLV320DAC23。
(2)數(shù)字音頻接口
數(shù)字音頻接口用于輸入TLV320DAC23的D／A數(shù)據(jù)。
BCLK：I2S串行比特時鐘。主模式時BCLK為輸出，從模式時BCLK為輸入。
DIN：I2S串行數(shù)據(jù)輸入。
DOUT：I2S串行數(shù)據(jù)輸出。
LRCIN／LRCOUT：字時鐘輸入／輸出信號，兩個信號共有的幀信號。在主模式中由DAC23產(chǎn)生該信號，在從模式中由主設(shè)備(如DSP或MCU)產(chǎn)生該信號。
TLV320DAC23支持4種音頻接口模式：右對齊模式、左對齊模式、I2S模式、DSP模式。這4種模式都是最高有效位MSB在前，字長16～32位(右對齊除外，它不支持32位)。
(3)時鐘接口
MCLK：芯片主時鐘信號。當(dāng)TLV320DAC23作為主設(shè)備時，該信號由芯片自身產(chǎn)生；當(dāng)TLV320DAC23作為從設(shè)備時，該信號由外部產(chǎn)生。
CLKOUT：時鐘輸出信號?？梢詾镸CLK或MCLK／2。
3 音頻驅(qū)動設(shè)計
TLV320DAC23與MCF5329之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸采用I2S音頻格式，由MCF5329的同步串行接口SSI實現(xiàn)與TLV320DAC23的數(shù)據(jù)傳輸。MCF5329處理器內(nèi)核與同步串行接口SSI發(fā)送／接收寄存器之間的音頻數(shù)據(jù)傳輸采用eDMA機制傳輸，由MCF5329中的eDMA模塊實現(xiàn)。
3．1 硬件連接
TLV320DAC23與MCF5329的接口有兩個：一個是控制接口，用于設(shè)置TLV320DAC23的寄存器，從而設(shè)置它的工作參數(shù)；一個是數(shù)字音頻接口，用于傳輸TLV320DAC23的音頻數(shù)據(jù)并控制數(shù)據(jù)的時序。本設(shè)計采用由MCF5329提供的時鐘信號，所以將MCF5329設(shè)為主設(shè)備，TLV320DAC23作為從設(shè)備。音頻數(shù)據(jù)采用I2S音頻格式傳輸，控制字通過SPI接口傳輸。具體連接如圖2所示。
3．2 軟件設(shè)計
(1)設(shè)備的初始化
同步串行接口SSI的初始化包括對控制寄存器、傳輸配置寄存器和接收配置寄存器、時鐘配置寄存器、發(fā)送時隙掩碼寄存器和接收時隙掩碼寄存器以及中斷允許寄存器的配置。最后設(shè)置中斷源和中斷級別。
eDMA的初始化包括eDMA與同步串行接口SSI發(fā)送／接收寄存器連接的配置，以及確定eDMA的通道仲裁方式。
具體代碼如下：
TLV320DAC23的初始化主要是通過SPI接口設(shè)置編解碼芯片控制接口相關(guān)的寄存器。初始化設(shè)置為I2S從模式，輸入字長32位，高位先，設(shè)置采樣率8 kHz。設(shè)置完后激活數(shù)字接口。
(2)數(shù)據(jù)的傳輸
完成設(shè)備的初始化后，就要設(shè)置傳輸控制描述符TCD的相關(guān)寄存器以控制eDMA的傳輸。以音頻驅(qū)動中的放音過程為例，該過程的音頻數(shù)據(jù)由處理器內(nèi)核傳送到SSI發(fā)送寄存器。音頻數(shù)據(jù)分為左右2個聲道，所以啟動2個eDMA通道——通道11和通道12——負(fù)責(zé)傳送數(shù)據(jù)。設(shè)置次循環(huán)的大小為4字節(jié)，由于是2個通道傳輸，所以1次次循環(huán)共8字節(jié)。若一次主循環(huán)需要傳完的數(shù)據(jù)為count字節(jié)，那么設(shè)置主循環(huán)中包含的次循環(huán)數(shù)為count／8。最后允許通道12的主循環(huán)中斷，并開啟2個通道，開始傳輸。下面以通道ll為例來說明eDMA的設(shè)置流程(TCD代表通道11)：
通道12的設(shè)置基本與通道11相同，只有一點不同，就是在開啟通道12傳輸?shù)耐瑫r允許通道12的大循環(huán)中斷。音頻驅(qū)動中的錄音過程與放音過程eDMA設(shè)置相似，只是音頻數(shù)據(jù)的傳送方向是由SSI接收寄存器傳輸?shù)教幚砥鲀?nèi)核。
設(shè)計完成后的音頻驅(qū)動經(jīng)測試，在系統(tǒng)任務(wù)繁重的情況下(例如MP3文件解碼并實時播放)，仍然可以完成正常語音播放，效果良好。
結(jié) 語
本文分析了一種增強型直接內(nèi)存存取eDMA的訪問機制，并通過實例闡述了eDMA的典型應(yīng)用。eDMA模塊加快了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，減少了CPU的干預(yù)。并且它在TCD中設(shè)置了主循環(huán)和次循環(huán)傳輸，從而增強了單次單通道的傳輸數(shù)據(jù)量，也增強了傳輸?shù)撵`活性。
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