基于TMS320C6713的USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)設(shè)計
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摘要:介紹了基于TMS320C6713的USB數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。該系統(tǒng)以TMS320C6713作為主控制器,通過CY7C68001USB控制器連接TMS320C6713與PC主機,克服了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸量小,傳輸速度慢的缺點,能更好地滿足大容量數(shù)據(jù)的傳輸要求。在此詳細闡明了系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案和軟件設(shè)計思想,并進行實現(xiàn)。結(jié)果證明,研制的系統(tǒng)具有傳輸速率高,可靠性好的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞:高速數(shù)據(jù)傳輸;USB 2.0;DSP;VC++
0 引言
近年來,隨著DSP技術(shù)的不斷發(fā)展,數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于通信、雷達、遙測遙感等各個領(lǐng)域。聲信號數(shù)據(jù)采集具有采集量大,速度快的特點,因此,在DSP與主機進行數(shù)據(jù)傳輸時,需要采用高速通信接口。傳統(tǒng)的接口一般采用PCI總線或RS 232串行總線。PCI總線傳輸速率可達132 Mb/s,但其擴充槽有限且插拔不方便;RS 232串行總線連接比較方便,但是傳輸速率太慢,不易用于高速傳送數(shù)據(jù)和傳送大量數(shù)據(jù)。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的計算機不再為用戶提供PCI和RS 232外部接口,USB逐漸成為統(tǒng)一的標準外設(shè)接口。通用串行總線(USB)集中了PCI和RS 232串行總線的優(yōu)點,具有方便的即插即用和熱插拔特性以及較高的傳輸速率。其中,USB 2.0的速率最高可達480 Mb/s,滿足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?br />
該系統(tǒng)采用TMS320C6713,配合嵌入USB 2.0協(xié)議的芯片CY7C68001,實現(xiàn)了PC主機與DSP間的高速數(shù)據(jù)傳輸。
1 芯片介紹
TMS320C6713為高性能32位浮點DSP,適用于專業(yè)音頻信號處理,其主頻可達300 MHz,處理速度高達2 400 MIPS/1 800MFLOPS。其內(nèi)部采用改進的哈佛結(jié)構(gòu);具有256 KB的片上存儲空間;豐富的外設(shè)包括2個多通道緩沖串口(McBSP)、2個多通道音頻串口(McASP)、SPI和I2C等;增強的直接存儲器訪問(EDMA)控制器,可控制16個獨立通道完成不受CPU干預的數(shù)據(jù)傳輸;32 b的外部存儲器接口(EMIF),能與SRAM,ERPOM,F(xiàn)LASH,SBSRAM和SDRAM無縫連接。
Cypress公司的CY7C68001集成了USB 2.0收發(fā)器(物理層)以及USB 2.0串行接口引擎SIE(鏈路層,實現(xiàn)底層通信協(xié)議),可工作在USB 2.0高速和全速狀態(tài)。它的最高速度可達480 Mb/s,具有2個外部接口,均可通過同步或異步方式進行訪問。其命令接口用來訪問CY7C68001寄存器、Endpoint0寄存器以及描述表,F(xiàn)IFO數(shù)據(jù)接口用來訪問4個1 KB的FIFO。
2 硬件設(shè)計
TMS320C6713通過EMIF的CE3存儲空間可以外擴USB 2.0接口,因此在對外擴USB進行讀/寫訪問前,需要通過EMIF的CE3控制寄存器CE3CTL來配置CE3空間的存儲器接口的類型、存儲器寬度及讀寫時序(建立時間、系統(tǒng)時間、保持時間等),具體配置在USB程序配置中詳細給出。
CY7C68001采用并行異步存儲器接口通過可編程邏輯芯片CPLD與TMS320C6713相連接。其原理框圖如圖1所示。
由于在USB數(shù)據(jù)傳輸過程中,EMIF接口的片選信號會長時間片選CE3空間,因此,需要避免TMS320C6713在USB數(shù)據(jù)傳輸過程中使用通過EMIF接口通過其他CEX空間外擴的SDRAM、SBSRAM等存儲器,否則會造成USB數(shù)據(jù)的錯誤傳輸。
CY7C68001除了存儲器接口外,還有1個中斷信號和4個狀態(tài)信號(READY,F(xiàn)LAGA,F(xiàn)LAGB和FLAGC)。中斷信號采用TMS320C67 13的外部中斷EXT_INT6。[!--empirenews.page--]
TMS320C6713使用CY7C68001作為從設(shè)備。在這種模式下,DSP可以像讀/寫普通FIFO一樣對CY7C68001內(nèi)部的FIFO進行讀/寫。PC主機發(fā)出命令的同時也由CY7C68001的引腳提供中斷觸發(fā)信號給DSP的EXT_INT6。其上升沿被檢測到以后,DSP就進入相應中斷服務程序,開始處理USB的傳輸。DSP通過EA[4:2]連接FIFOA[2:0]對CY7C68001內(nèi)部FIFO或命令口進行選擇。讀/寫數(shù)據(jù)通過ED[15:0]與FIFO[15:0]連接進行。FIFO和命令口的選擇和地址分配如表1所示。
經(jīng)實驗驗證,USB異步傳輸速率可達3 Mb/s。
3 USB程序配置
USB程序在實現(xiàn)了在DSP端對USB初始化和USB數(shù)據(jù)傳輸。USB定義了4種傳輸類型:同步傳輸、中斷傳輸、控制傳輸和塊傳輸。同步傳輸適用于傳輸大量的、速度恒定的、且對服務周期有要求的數(shù)據(jù);中斷傳輸適用于傳輸少量或中量的、且對服務周期有要求的數(shù)據(jù);控制傳輸適用于傳輸少量的、且對傳輸時間和傳輸速率均無要求,但必須保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù);塊傳輸適用于傳輸大量的、且對傳輸時間和傳輸速率均無要求的數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)設(shè)計CY7C68001采用并行異步存儲器接口與TMS320C6713相連接,數(shù)據(jù)傳輸量較大,要求數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性,因此選擇塊傳輸作為USB的傳輸方式。
首先,通過調(diào)用用戶的初始化函數(shù),使能外部中斷并初始化USB寄存器。之后,程序通過數(shù)據(jù)傳輸函數(shù),完成了DSP與PC機的數(shù)據(jù)傳輸。
USB初始化程序配置為:使能外部中斷6(EXT_INT6);加載USB描述表,并進行自舉檢測,如自舉不成功,則重新自舉,直到端點0收到設(shè)置包為止;配置USB為異步從FIFO(Asynchronous Slave FIFO)模式,采用內(nèi)部的48 MHz時鐘源;讀取FNADDR寄存器,判斷USB工作狀態(tài);依據(jù)USB工作狀態(tài),配置EP2,EP4,EP6,EP8,并設(shè)置一次傳送的字節(jié)長度。設(shè)置EP2,EP4為BULK OUT,EP6,EP8為BULK IN。其緩沖大小分別為2×512B。
在數(shù)據(jù)傳輸過程中,PC端通過EP2向DSP發(fā)送讀數(shù)據(jù)命令,DSP通過外部中斷收到讀命令后,使用EP6發(fā)送已采集好的數(shù)據(jù)。在聲音數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中,每路麥克風以每秒96 kHz進行24位采樣,按照ping-pong方式進行存儲。因此在USB_TRANSFER()還需進行判斷,當采集數(shù)據(jù)存儲在ping緩存時,發(fā)送pong緩存中的數(shù)據(jù);當采集數(shù)據(jù)存儲在pong緩存時,發(fā)送ping緩存的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)傳輸程序配置如下:判斷EP2是否有讀命令;傳輸存放在ping,pong緩存中已采集到的數(shù)據(jù)。
程序中部分代碼如下:
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其中,通過Read_SX2reg()可判斷FIFO中的數(shù)據(jù)是否被發(fā)送,若被發(fā)送,則FIFO寄存器標志為空,反之,標志為滿。SX2_Fifo_Write()向相應的FIFO中寫入傳輸數(shù)據(jù)。其中ENDPOINT6表示使用EP6端點進行發(fā)送,ping+pingcnt表示要發(fā)送數(shù)據(jù)的首地址,F(xiàn)ifoLength為發(fā)送數(shù)據(jù)的長度。系統(tǒng)采用USB 2.0進行數(shù)據(jù)傳輸,每個EP的FIFO緩沖大小為512 B,CY7C68001采用16位數(shù)據(jù)線與TMS320C613相連,故FifoLength大小設(shè)為256 B。
由于TMS320C6713通過EMIF的CE3存儲空間可以外擴USB 2.0接口,還需對。EMIF接口的CE3寄存器進行配置,將USB接口設(shè)為16位異步存儲接口,設(shè)定讀/寫的建立時間(Setup)、促發(fā)時間(Strobe)、保持時間,使其滿足CY7C68001的讀/寫時序要求。具體配置如下:
4 PC端應用程序
PC主機端需要編寫USB設(shè)備驅(qū)動程序和應用程序。USB設(shè)備驅(qū)動程序主要通過調(diào)用微軟的USBD.SYS來實現(xiàn)PC機于USB總線的數(shù)據(jù)交換,采用WDM(Windows Driver Mode)驅(qū)動程序進行編寫,分為USB底層驅(qū)動程序和USB功能驅(qū)動程序。USB底層驅(qū)動程序由操作系統(tǒng)提供,USB功能驅(qū)動程序由設(shè)備開發(fā)者進行編寫。
PC端應用程序采用VC++6.0編寫應用程序,首先調(diào)用OpenDriver()打開USB接口設(shè)備,獲得設(shè)備的句柄hDevice,之后調(diào)用Sx2SendVendor Req()函數(shù)向外設(shè)發(fā)出命令,讀取USB配置,最后調(diào)用Sx2BulkdataTrans()進行數(shù)據(jù)傳輸,通過調(diào)用CFile類將接收到的數(shù)據(jù)存放在文件名為“Collection.txt”的文本文件中。程序使用多線程技術(shù),使得應用程序?qū)SB數(shù)據(jù)傳輸在后臺進行處理,應用程序前臺還可進行其他操作。
程序簡單實現(xiàn)如下功能:當點擊“Start Sample”按鈕時,開始進行USB數(shù)據(jù)傳輸,點擊“Stop Sample”按鈕時,停止USB數(shù)據(jù)傳輸。采樣的多通道數(shù)據(jù)在應用程序中進行圖像顯示,方便對數(shù)據(jù)的判斷。
程序關(guān)鍵函數(shù)如下:
函數(shù)中myRequest的成員變量與DSP中斷程序中SetupBuff緩沖區(qū)的 8 B數(shù)據(jù)相對應,Sx2SendVendotReq()通過調(diào)用Windows API函數(shù)Devi ceIoControl()向DSP中發(fā)送命令,DSP端程序需與之配合,返回相應的數(shù)據(jù),完成讀取USB配置。
通過對函數(shù)中bulkControl的成員變量pipenumber設(shè)置,確定PC主機端與CY7C68001的哪個端點進行數(shù)據(jù)傳輸,Sx2BulkdataTrans()也通過調(diào)用Windows API函數(shù)DeviceIoControl()向DSP中發(fā)送讀/寫數(shù)據(jù)命令,被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)保存在buffer中。[!--empirenews.page--]
應用程序界面如圖2所示。
5 實驗驗證
驗證思路:對保存在Collection.txt中的數(shù)據(jù)進行處理,Collection.txt保存的數(shù)據(jù)為多通道數(shù)據(jù),所以需要對數(shù)據(jù)進行區(qū)分,由于sound()函數(shù)調(diào)用PC機的聲卡,絕大多數(shù)聲卡支持的數(shù)據(jù)采樣頻率在5~44.1 kHz之間。因此對采樣的96 kHz進行抽樣,將其轉(zhuǎn)化為24 kHz,利用Matlab中的sound()函數(shù),對采樣數(shù)據(jù)進行聲音還原,判斷采集的數(shù)據(jù)是否正確。
sound(y,F(xiàn)s)函數(shù)可以發(fā)送頻率為Fs的向量信號y到Microsoft Windows操作平臺的揚聲器,產(chǎn)生聲音信號,數(shù)值y的范圍為[-1,+1],超過該范圍的數(shù)據(jù)將不能播放。該系統(tǒng)采用24位采樣,采樣所得數(shù)據(jù)為整形數(shù)據(jù),故需將整形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到[-1,+1]的浮點數(shù)據(jù)。
程序關(guān)鍵代碼如下:
經(jīng)驗證可得,還原聲音與采樣聲音一致,USB數(shù)據(jù)傳輸正確可靠。
6 結(jié)語
系統(tǒng)采用USB 2.0作為通信接口,具有較高的傳輸速率,滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)要求。同時設(shè)計了DSP端與PC機端相應的軟件,其中PC端應用程序利用VC的MFC框架資源豐富的特點,設(shè)計界面直觀友好,具有較強的擴充性。在實際運用中,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,為高速數(shù)據(jù)的傳輸和處理提供了有力的保障。