基于DSP與PC機(jī)的PCI總線高速數(shù)據(jù)傳輸

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盘柼幚韺?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ＰＣＩ總線控制器直接訪問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?，可選用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簡介

１．１ TMS320C6713 HPI的接口信號
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HPI直接訪問TMS320C6713的存儲(chǔ)空間和外圍設(shè)備。表１給出了TMS320C6713HPI接口信號的基本特征。下面對它們的具體工作方式進(jìn)行說明：
ＨＤ[１５：０]：可以用作數(shù)據(jù)和地址的共用總線，通過ＨＤ[１５：０]傳送的數(shù)據(jù)包括控制寄存器的設(shè)置值、初始化的訪問地址以及要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。
ＨＣＮＴＬ[１：０]：用于控制當(dāng)前訪問的是HPI的哪一個(gè)寄存器，該信號同時(shí)還提供了一個(gè)對HPI數(shù)據(jù)寄存器（HPIＤ）進(jìn)行地址自增的訪問方式。在該方式下，主機(jī)會(huì)連續(xù)地訪問一個(gè)線性存儲(chǔ)區(qū)域，而無需反復(fù)向HPIＡ寫入需要的地址。表２給出了ＨＣＮＴＬ[１：０]控制信號的功能。
ＨＨＷＩＬ信號：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：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信號在一個(gè)存取周期中快速地實(shí)現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。對于地址數(shù)據(jù)復(fù)用的總線來說，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：這三種信號可在片內(nèi)組合為一個(gè)低有效的ＨＳＴＲＯＢＥ信號，如圖１所示。其作用是,在讀取時(shí)，在ＨＳＴＲＯＢＥ信號的下降沿鎖存輸入的HPI控制信號，包括ＨＨＷＩＬ、ＨＲ／Ｗ和ＨＣ-ＮＴＬ[１：０]；而在寫入時(shí)，其下降沿和讀取時(shí)作用相同，其上升沿則鎖存寫入的數(shù)據(jù)。
ＨＲＤＹ信號：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的訪問尚未完成，那么當(dāng)前訪問的第一個(gè)半字的存取需要等待，此時(shí)，HPI會(huì)置ＨＲＤＹ信號為高。
表1 HPI接口信號描述
信 號 管 腳 號 管 腳 數(shù) 信 號 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訪問類型控制
HHWIL 139 1 確認(rèn)半字（16位）輸入
HAS 135 1 對復(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HPI狀態(tài)準(zhǔn)備好
HINT 139 1 向主機(jī)發(fā)出的中斷信號
表2 HCNTL[1:0]控制信號的功能
HCNTL1 HCNTL0 功 能
0 0 主機(jī)可以對HPI的控制寄存器HPIC進(jìn)行讀寫
0 1 主機(jī)可以對HPI地址寄存器HPIA的進(jìn)行讀寫
1 0 主機(jī)可以對HPID的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫操作，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HPID的數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫操作，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)可對這三個(gè)寄存器進(jìn)行讀寫，而ＣＰＵ只能對HPIＣ進(jìn)行訪問。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)空間中寫入的數(shù)據(jù)。HPIＡ中存放的是主機(jī)訪問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HPI進(jìn)行訪問的次序?yàn)椋撼跏蓟疕PIＣ、初始化HPIＡ、從HPIＤ寄存器中讀取或向其寫入數(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)傳輸中的瓶頸問題。同時(shí)它還具有方便靈活的開發(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接口信號的基本特征。下面是對它們具體工作方式的一些說明：
ＬＡＤ[３１：０]：利用該信號可通過設(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)使能信號是在總線寬度的基礎(chǔ)上編碼的。對于３２位總線，ＬＢＥ[３：０]表示哪一個(gè)字節(jié)被選中：ＬＢＥ０對應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對應(yīng)[１５：８]，ＬＢＥ２對應(yīng)[２３：１６]，ＬＢＥ３對應(yīng)[３１：２４]；而對于１６位總線，ＬＢＥ０對應(yīng)[７：０]，ＬＢＥ１對應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２不用，ＬＢＥ３對應(yīng)[１５：８]；對于８位總線，ＬＢＥ０對應(yīng)地址的第０位，ＬＢＥ１對應(yīng)地址的第１位，ＬＢＥ２和ＬＢＥ３不用。
ＣＳ１和ＣＳ２分別帶有與之對應(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的接口信號描述
信 號 管 腳 號 管腳數(shù) 信 號 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，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，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
RD 126 1 通用寫
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（ＤＩＤ）、供應(yīng)商代號（ＶＩＤ）、子設(shè)備號（ＳＤＩＤ）、子供應(yīng)商代號（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信號有效，同時(shí)PCI9052輸出局部復(fù)位信號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)序配合問題，通常在連線過程中，還必須注意下列幾個(gè)問題：
（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信號與PCI9052的Ｗ／ Ｒ信號極性相反，因此必須通過非門進(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信號輸出必須通過Ｄ觸發(fā)器的同步后才能送入邏輯電路,以供PCI9052的ＬＲＤＹ信號使用。
（４）ＬＲＤＹ信號的邏輯表達(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，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
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問題，而且簡化了硬件設(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。