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(diǎn)式數(shù)字信號(hào)處理芯片ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的接口信號(hào)及控制寄存器，并在此基礎(chǔ)上，指出了該ＤＳＰ通過(guò)ＰＣＩ總線與ＰＣ機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸的實(shí)現(xiàn)方法，同時(shí)給出了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３和ＰＣ機(jī)通過(guò)ＰＣＩ９０５２總線接口芯片實(shí)現(xiàn)接口的硬件原理圖。

    關(guān)鍵詞：DSP； 數(shù)據(jù)傳輸；TMS320C6713 PCI9052

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３是ＴＩ公司在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１１的基礎(chǔ)上推出的Ｃ６０００系列新一代浮點(diǎn)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(shí)鐘頻率下實(shí)現(xiàn)１８００ＭＩＰＳ／１３５０ＭＦＬＯＰＳ的定點(diǎn)和浮點(diǎn)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?hào)處理實(shí)時(shí)性的要求。同時(shí)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(guò)ＰＣＩ總線控制器直接訪問(wèn)ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲(chǔ)空間和外圍設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)ＰＣ機(jī)與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３之間的高速數(shù)據(jù)傳輸。

在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ與ＰＣ機(jī)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨钢校蛇x用ＰＬＸ公司的ＰＣＩ９０５２作為兩者之間的接口；同時(shí)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。

１　ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＰＩ簡(jiǎn)介

１．１ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ的接口信號(hào)

ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＰＩ是一個(gè)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(guò)ＨＰＩ直接訪問(wèn)ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲(chǔ)空間和外圍設(shè)備。表１給出了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號(hào)的基本特征。下面對(duì)它們的具體工作方式進(jìn)行說(shuō)明：

ＨＤ[１５：０]：可以用作數(shù)據(jù)和地址的共用總線，通過(guò)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(wèn)地址以及要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

ＨＣＮＴＬ[１：０]：用于控制當(dāng)前訪問(wèn)的是ＨＰＩ的哪一個(gè)寄存器，該信號(hào)同時(shí)還提供了一個(gè)對(duì)ＨＰＩ數(shù)據(jù)寄存器（ＨＰＩＤ）進(jìn)行地址自增的訪問(wèn)方式。在該方式下，主機(jī)會(huì)連續(xù)地訪問(wèn)一個(gè)線性存儲(chǔ)區(qū)域，而無(wú)需反復(fù)向ＨＰＩＡ寫(xiě)入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號(hào)的功能。

ＨＨＷＩＬ信號(hào)：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(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(wèn)都需要進(jìn)行兩次存取，而由ＨＰＩ自動(dòng)將ＨＤ[１５：０]上連續(xù)的兩個(gè)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。

ＨＡＳ信號(hào)：用于復(fù)用地址數(shù)據(jù)總線的主機(jī)。它可使ＨＣＮＴＬ、ＨＨＷＩＬ和ＨＲ／Ｗ信號(hào)在一個(gè)存取周期中快速地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。對(duì)于地址數(shù)據(jù)復(fù)用的總線來(lái)說(shuō)，也可以為數(shù)據(jù)／地址的切換留出更多的時(shí)間。

ＨＣＳ、ＨＤＳ１和ＨＤＳ２信號(hào)：這三種信號(hào)可在片內(nèi)組合為一個(gè)低有效的ＨＳＴＲＯＢＥ信號(hào)，如圖１所示。其作用是,在讀取時(shí)，在ＨＳＴＲＯＢＥ信號(hào)的下降沿鎖存輸入的ＨＰＩ控制信號(hào)，包括ＨＨＷＩＬ、ＨＲ／Ｗ和ＨＣ-ＮＴＬ[１：０]；而在寫(xiě)入時(shí)，其下降沿和讀取時(shí)作用相同，其上升沿則鎖存寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。

ＨＲＤＹ信號(hào)：用于表明ＨＰＩ是否已準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，其作用是在接口時(shí)序上插入等待狀態(tài)。如果前一次ＨＰＩ的訪問(wèn)尚未完成，那么當(dāng)前訪問(wèn)的第一個(gè)半字的存取需要等待，此時(shí)，ＨＰＩ會(huì)置ＨＲＤＹ信號(hào)為高。

表1 HPI接口信號(hào)描述

信  號(hào)	管  腳  號(hào)	管 腳 數(shù)	信  號(hào)  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(wèn)類型控制
HHWIL	139	1	確認(rèn)半字（16位）輸入
HAS	135	1	對(duì)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/W	143	1	讀/寫(xiě)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(wèn)HPI狀態(tài)準(zhǔn)備好
HINT	139	1	向主機(jī)發(fā)出的中斷信號(hào)

表2 HCNTL[1:0]控制信號(hào)的功能

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

１．２ ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ的控制寄存器

在ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ中，可利用三個(gè)寄存器來(lái)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(duì)這三個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，而ＣＰＵ只能對(duì)ＨＰＩＣ進(jìn)行訪問(wèn)。ＨＰＩＤ中存放的是主機(jī)從存儲(chǔ)空間中讀取的數(shù)據(jù)，或者是主機(jī)向ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的存儲(chǔ)空間中寫(xiě)入的數(shù)據(jù)。ＨＰＩＡ中存放的是主機(jī)訪問(wèn)ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３存儲(chǔ)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(duì)ＨＰＩ進(jìn)行訪問(wèn)的次序?yàn)椋撼跏蓟龋校桑?、初始化ＨＰＩＡ、從ＨＰＩＤ寄存器中讀取或向其寫(xiě)入數(shù)據(jù)。在初始化ＨＰＩＣ時(shí)，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。

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(biāo)接口芯片。它支持ＰＣＩ２．１協(xié)議規(guī)范，在３３ＭＨｚ的總線時(shí)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(wèn)題。同時(shí)它還具有方便靈活的開(kāi)發(fā)特點(diǎn)，正是這些特點(diǎn)使其在ＰＣＩ從模式接口卡的設(shè)計(jì)中得到了廣泛的應(yīng)用。

表３給出了ＰＣＩ９０５２與ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ＨＰＩ接口信號(hào)的基本特征。下面是對(duì)它們具體工作方式的一些說(shuō)明：

ＬＡＤ[３１：０]：利用該信號(hào)可通過(guò)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(lái)調(diào)整總線寬度，當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝００時(shí)，采用ＬＡＤ[７：０]８位寬度，當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝０１時(shí)，采用ＬＡＤ[１５：０]（１６位），當(dāng)ＬＡＳＩＢＲＤ[２３：２２]＝１０時(shí)，采用ＬＡＤ[３１：０]（３２位）。

ＬＢＥ[３：０]字節(jié)使能信號(hào)是在總線寬度的基礎(chǔ)上編碼的。對(duì)于３２位總線，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個(gè)字節(jié)被選中：ＬＢＥ０對(duì)應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對(duì)應(yīng)[１５：８]，ＬＢＥ２對(duì)應(yīng)[２３：１６]，ＬＢＥ３對(duì)應(yīng)[３１：２４]；而對(duì)于１６位總線，ＬＢＥ０對(duì)應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對(duì)應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對(duì)應(yīng)[１５：８]；對(duì)于８位總線，ＬＢＥ０對(duì)應(yīng)地址的第０位，ＬＢＥ１對(duì)應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。

ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對(duì)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(shí)，遇到第１個(gè)“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(guò)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(shí)可設(shè)置其它相關(guān)信息。

表3 PCI9052與TMS320C6713的接口信號(hào)描述

信  號(hào)	管  腳  號(hào)	管腳數(shù)	信  號(hào)  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(shí)寫(xiě)，為“0”時(shí)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(hào)，表示當(dāng)前總線傳輸中哪一個(gè)字節(jié)被選中
LRDY	128	1	在局部總線讀數(shù)據(jù)或可接受寫(xiě)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(hào)
RD	126	1	通用寫(xiě)
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(shí)際上，在具體電路設(shè)計(jì)時(shí)，整個(gè)方案的實(shí)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(duì)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(chǔ)器，用于加載ＰＣＩ９０５２配置信息。其中按一定順序存放著設(shè)備號(hào)（ＤＩＤ）、供應(yīng)商代號(hào)（ＶＩＤ）、子設(shè)備號(hào)（ＳＤＩＤ）、子供應(yīng)商代號(hào)（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(xiàng)配置等。上電時(shí)，ＰＣＩ總線的ＲＳＴ信號(hào)有效，同時(shí)ＰＣＩ９０５２輸出局部復(fù)位信號(hào)ＬＲＥＳＥＴ，并檢查ＮＭ９３ＣＳ４６是否有效。若有效，且第一個(gè)１６位字不是ＦＦＦＦｈ，那么ＰＣＩ９０５０將根據(jù)串行ＥＥＰＲＯＭ的值來(lái)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(shí)序配合問(wèn)題，通常在連線過(guò)程中，還必須注意下列幾個(gè)問(wèn)題：

（１）由于ＰＣ機(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。

（２）由于 ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＲ／Ｗ信號(hào)與ＰＣＩ９０５２的Ｗ／ Ｒ信號(hào)極性相反，因此必須通過(guò)非門(mén)進(jìn)行連接。

（３）由于ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３與ＰＣＩ９０５２分別工作在不同的時(shí)鐘頻率下，所以ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３的ＨＲＤＹ信號(hào)輸出必須通過(guò)Ｄ觸發(fā)器的同步后才能送入邏輯電路,以供ＰＣＩ９０５２的ＬＲＤＹ信號(hào)使用。

（４）ＬＲＤＹ信號(hào)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(shí)，ＬＲＤＹ才能有效。

另外，要保證ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＨＰＩ與ＰＣＩ９０５２的穩(wěn)定協(xié)調(diào)工作，除了要設(shè)計(jì)合理的硬件電路外?還必須對(duì)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(cè)，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ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ芯片構(gòu)成的高速數(shù)據(jù)采集卡用來(lái)控制電力系統(tǒng)中各電參數(shù)的采集、存儲(chǔ)與故障判斷。當(dāng)其ＨＰＩ被設(shè)置為帶地址自增的讀方式時(shí)，可在一次故障記錄結(jié)束后，由ＰＣ機(jī)將存儲(chǔ)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(lái)計(jì)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(shí)記錄各繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作情況。

４　結(jié)束語(yǔ)

該方案不僅有效地解決了ＴＭＳ３２０Ｃ６７１３ ＤＳＰ芯片與ＰＣ機(jī)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，而且簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。同時(shí)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。