以低速語音編解碼系統(tǒng)為例，介紹了TMS320VC54x數字信號處理器的多通道緩沖串口的軟硬件設計，給出了具體的設計思想和實現方法。
關鍵詞：數字信號處理；語音編解碼；接口；TMS320VC54x
模數接口是數字信號處理（DSP）系統(tǒng)中一個重要的組成部分，其設計和實現直接影響到信號處理的質量，許多A／D、D／A轉換芯片都采用并行的數字接口，與DSP接口時需要設計相應的譯碼電路。TMS320VC54x系列芯片配備了多通道帶緩沖能力的串行口（MultichannelBuffered SerialPort，McBSP），為設計模數接口提供了極大的便利。
McBSP具有雙向的自動緩沖單元，緩沖單元有自己的循環(huán)尋址寄存器組，用來將串行口和C54x內部存儲器之間數據傳輸的緩存。同時McBSP的功能非常強大，除具有一般DSP串口功能之外，還可以支持T1／E1，ST-BUS，IOM2，SPI，HS等不同標準；為便于進行多通道的數字信號處理，McBSP最多支持128個通道；支持多種數據格式（8／12／16／20／24／32 b）的傳輸；可自動進行語音的μ律、A律壓擴；其工作速率可達到1／2 CPU時鐘速率。這些特性為設計A／D，D／A接口電路提供了很大的靈活性。
下面具體以語音編解碼器為例來說明McBSP的設計和實現。
1 語音編解碼系統(tǒng)及McBSP接口的硬件設計
低速率語音編解碼器是一種能夠將傳統(tǒng)的模擬語音信號（帶寬為0．3～3．4 kHz）實時壓縮編碼成1．2～9．6 kb／s數據比特流，而保持相當語音質量的語音編解碼系統(tǒng)。由于他大大壓縮了傳輸數字語音所需的帶寬，便于實現高保密度的語音通信，因此在語音的保密通信、多媒體通信和移動通信系統(tǒng)中應用十分廣泛?！ ∪鐖D1所示，語音采樣芯片TP3067和數字信號處理器TMS320VC5409組成了一個語音編解碼系統(tǒng)。在模擬端口一側，模擬語音輸入采用同相輸入，經過話筒前置放大器（microphone preamplifier）放大后，從VFxI＋管腳輸入；模擬語音的輸出也采用同相輸出，經過兩級放大后由VPO＋輸出，輸出端可以驅動阻抗為600Ω的揚聲器。
TP3067是美國國家半導體（NationalSemicodductor）公司生產的PCM CODEC芯片，具有串行的I／O接口，供電、功耗低于70 mW，而且具有自動斷電功能，內部設計有性能良好的電源濾波電路，能夠實現A律PCM編碼和解碼。TP3067對話音進行8 kHz采樣，即每0．125 ms一次，每次采樣編成8 b編碼，′C5409接收后，變換成線性的16 b，每20 ms組成1幀，共需TP3067進行160次采樣。TMS320VC5409提供的串行口包括數據輸入BDR，數據輸出BDX，接收時鐘BCLKR，發(fā)送時鐘BCLKX，接收同步時鐘BFSR和發(fā)送同步時鐘BFSX。TPS3067的幀同步有2步方式（long frame sync）。而TMS320VC5409的多通道自動緩沖串口的工作方式，可以通過發(fā)送和接收寄存器靈活配置幀長度、幀周期以及接收發(fā)送時鐘沿。如圖1所示對接后，只要在系統(tǒng)初始化時正確配置寄存器，就可以保證串行數據的輸入輸出。TP3067數字端口一側，MCLKR／PDN和MCLKX相連，同時相連的還有BCLKR，BCLKX，也就是忽略MCLKR／PDN的POWERUP和POWERDOWN功能，由′VC5409提供接收發(fā)送時鐘及同步時鐘。以上2個時鐘的值可以通過軟件設置McBSP控制寄存器SRGR1和SRGR2設定并更改。
2 系統(tǒng)軟件的設計
2．1 中斷服務程序
由于整個語音編解碼系統(tǒng)需要用到串行口中斷以及定時器中斷等多種中斷方式，必須在中斷向量表中說明中斷發(fā)生時如何進入中斷服務程序。地址為0x001D的寄存器PMST（Processor Mode StaTusRegister）的高9位為中斷向量指針I(yè)PTR可以決定向量表的位置。對于C54x，可以任意修改IPTR地址來表示1個128 B的頁，決定中斷向量表的地址。例如，′C5409硬件復位后PMST的15～7 b全為1，所以中斷向量表的位置在0xFF80。初始化時，系統(tǒng)所有的中斷都被屏蔽掉。將中斷向量表映射到程序空間的0x0080，所以修改IPTR為0x01。中斷向量表中每一個中斷矢量有4 B的空間，足夠放2個大小為1 B的延遲跳轉指令和1個2 B的延遲跳轉指令，還有1條1 B的從中斷返回的指令RETE。系統(tǒng)初始化以后，如果允許中斷，將狀態(tài)寄存器（ST1）的INTM位置0，中斷屏蔽寄存器（IMR）對應的比特位置1，該中斷就可以響應。中斷產生后，先到中斷矢量表中尋址到該中斷，然后跳轉到中斷服務程序，中斷結束返回到中斷矢量表，再返回到主程序，從中斷發(fā)生處繼續(xù)向下運行。
2．2 McBSP的軟件設計
McBSP在結構上可以分為一個數據通道和一個控制通道。數據通道完成數據的發(fā)送和接收，主要是通過數據發(fā)送寄存器DXR1／2和數據接收寄存器DRR1／2。控制通道完成的任務包括內部時鐘的產生、幀同步信號產生、對這些信號的控制以及多通道的選擇等。控制通道還負責產生終端信號送往CPU。對′C5409串行口的操作也是通過設置各控制寄存器來進行的。這些控制寄存器有串行口控制寄存器SPCR1／2；接收控制寄存器RCR1／2；發(fā)送控制寄存器XCR1／2；多通道寄存器MCR1／2等。對某一控制寄存器尋址，只能采用加子地址尋址方式，即先將要尋址的寄存器子地址寫入McBSPx的地址寄存器，再將數據寫入McBSPx的數據寄存器。例如要將0x0001寫入McBSP0的接收控制寄存器RCR0，先在地址為0x0038的SPSA0中寫入RCR0的子地址0x0002，再將0x0001寫入地址為0x0039的SPSD0寄存器。
McBSP的寄存器初始化應該和系統(tǒng)軟件的初始化一起進行，由于寄存器比較多，通過匯編源代碼，逐行說明串行口初始化軟件的流程。
以上完成了寄存器的設置，在發(fā)送和接收數據之前，先將中斷屏蔽寄存器（IMR）的串行發(fā)送中斷位BXINT0和串行接收中斷位BRINT0置1，中斷使能，這樣有串行數據在數據發(fā)送寄存器DXR1中準備發(fā)送時，或數據接收寄存器DRR1接收到數據時，中斷標志寄存器（IFR）的BXINT0或BRINT0位置1。在進入發(fā)送中斷服務程序時，主要是將話音數據分割成16 b為1 B，依次送到DXR1中，用一個緩沖區(qū)加一個指針就可以實現，發(fā)送一幀就將IFR的BXINT0清0；接收中斷服務程序，是將接收的數據緩存，形成160 B的20 ms幀，再送入聲碼器處理，同樣接收1個字就將IFR的BRINT0清零
3 結語
通過以上的設計，實現了低速語音編解碼器，并將他應用于移動通信系統(tǒng)中，聲音效果良好。同時，以上的設計具有一定的通用性，應用于其他目的的數字信號處理時，只需更改一下相應寄存器的值，便可以使用。
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