TI公司推出的16位定點運算數(shù)字信號處理器（DSP）TMS320C2XX,目前已成為單片機的理想替代品，在語音處理、軍事、圖像處理等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。在以TMS320C2XX為的數(shù)字化語言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，為了滿足系統(tǒng)實時性要求，聲卡與存儲器之間的數(shù)據(jù)傳送已經(jīng)不能采用程序查詢控制方式，所以我們采用直接存儲器訪問（DMA）控制。直接存儲器訪問控制是指數(shù)據(jù)傳送時不需要CPU的介入，I/O設(shè)備和存儲器直接交換信息。DMA方式的數(shù)據(jù)傳送與程序查詢方式的數(shù)據(jù)傳送相比，具有數(shù)據(jù)傳送速度高、I/O響應(yīng)時間短、CPU額外開銷小的明顯優(yōu)點。本文通過分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存儲器訪問（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解決了DSP芯片TMS320F206與DMA控制器8237-5的軟、硬件接口問題，實現(xiàn)了DMA在數(shù)字化語言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

　　1 TMS320C2XX使用HOLD操作的直接存儲器訪問

　　TMS320C2XX的主要特點是采用了改進的哈佛結(jié)構(gòu)，片內(nèi)具有相互獨立的六條總線（三條內(nèi)部地址總線：PAB、DRAB、DWAB;三條內(nèi)部數(shù)據(jù)總線：PRDB、DRDB、DWEB），不僅使程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器的訪問相互獨立，且使數(shù)據(jù)存儲器的讀和寫也相互獨立并能同時執(zhí)行，從而極大地優(yōu)化了運算處理能力。

　　TMS320C2XX具有邏輯掃描電路，該電路與IEEE標準1149.1兼容，并通過八個專門引腳與外部14引腳的JTAG接口相連。通過JTAG接口可完成以下工作：（1）可對芯片引腳進行測試；（2）可對外部Data空間及I/O空間進行檢測；（3）可對芯片內(nèi)部FlashMemory進行編程；（4）可對片內(nèi)片外RAM加載數(shù)據(jù)；（5）可進行在線運行仿真。以上特點給硬件的調(diào)試及軟件的開發(fā)帶來很大便利。

　　TMS320C2XX的HOLD操作允許對外部程序、數(shù)據(jù)以及I/O空間進行直接存儲器訪問。該過程由/HOLD/HOLDA兩個信號控制。

　?。?）/HOLD.外部設(shè)備可以把該引腳驅(qū)動到低電平從而請求對外部總線的控制。如果HOLD/INT1中斷線被允許，那么將觸發(fā)中斷。

　?。?）/HOLDA.在響應(yīng)/HOLD中斷時，軟件邏輯可以使處理器發(fā)出/HOLD應(yīng)答信號，表示它將放棄對其外部總線的控制。根據(jù)/HOLDA,外部地址信號（A15~A0）、數(shù)據(jù)信號（D15~D0）以及存儲器控制信號（/PS,/DS,/BR,/STRB,R/W,/RD,/WE）被置為高阻狀態(tài)。

　　在本設(shè)計中，HOLD/INT1中斷服務(wù)子程序只用于HOLD操作以便控制DMA傳送，因此DSP的斷控制寄存器（ICR）中的方式（MODE）位置為0.此時，中斷線INT1對下降沿和上升沿二者都敏感。當CPU檢測到下降沿時，它完成正在執(zhí)行的擋前指令，然后迫使程序控制轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)子程序。在成功的測試到MODE=0之后，此子程序執(zhí)行IDLE（空閑）指令。根據(jù)IDLE,/HOLDA變?yōu)橛行Ф獠靠偩€被置為高阻狀態(tài)。只有在檢測到HOLD/INT1引腳上的上升沿之后，CPU才退出IDLE狀態(tài)，/HOLDA變?yōu)闊o效，并使外部總線返回到正常狀態(tài)。

　　HOLD操作的子程序?qū)⒃诒疚慕Y(jié)合具有本示例中給出，需注意的是：IDLE指令應(yīng)當放在斷服務(wù)子程序內(nèi)以便發(fā)出/HOLDA.同時要注意的是：中斷程序代碼禁止除HOLD/INT1之外的所可屏蔽中斷，從而允許/HOLDA和總線的安全恢復(fù)。

　　2 DMA控制器8237-5的工作原理

　　8237-5是一個高性能的40引腳雙列直插式可編程DMA控制器芯片，可以方便地與DSP微處理器相連，實現(xiàn)我戶口設(shè)備與存儲之間數(shù)據(jù)交換。該控制器通過編程可提供多種類型的控制特，以優(yōu)化系統(tǒng)性能，增大數(shù)據(jù)吞吐量，數(shù)據(jù)傳輸速率可達1.5MB/S.

　　DMA控制器實現(xiàn)DMA傳送的控制原理可用圖1的信息流示意圖表示?，F(xiàn)結(jié)合該圖將DMA控制原理操作順序說明如下：

　?、買/O設(shè)備準備好后，向DMA控制器（DMAC）發(fā)出DMA請求信號DMARQ.

　　②DMAC向CPU發(fā)出總線請求信號BUSRQ.

　?、郯凑疹A(yù)定的DMAC占用總線方式，CPU響應(yīng)BUSRQ,向DMAC發(fā)出總線確認信號BUSAK.從這時起，CPU總線控制權(quán)交由DMAC接管，開始進入DMA有效周期，如圖1中陰影部分所示。

　?、蹹MAC接管總線后，先向I/O設(shè)備發(fā)出DMA請求的響應(yīng)信號DACK,表示允許外設(shè)進行DMA傳送。然后按事先設(shè)置的初始地址和需傳送的字節(jié)數(shù)，依次發(fā)送地址和讀寫命令，使RAM和I/O設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)，直至全部數(shù)據(jù)交換完畢。

　?、軩MA傳送結(jié)束后，自動撤消向CPU的總線請求信號BUSRQ,從而使BUSAK和DACK相繼變?yōu)闊o效，CPU又重新控制總線，恢復(fù)正常工作。

　　3 DSP與DMA控制器8237-5的接口電路

　　通過上述分析可以知道，DSP與8237-5的接口關(guān)鍵是要解決DSP的/HOLD、/HOLDA信號與8237-5的總線保持請求輸出信號HRQ（即BUSRQ）、總線保持響應(yīng)輸入信號HLDA（即BUSAK）之間的聯(lián)系問題。圖2給出DSP與8237-5的接口電路。

　?。?）數(shù)據(jù)線、地址線可以直接相連，8237-5僅使用8根據(jù)數(shù)據(jù)線和地址線。

　　（2）由于8247-5要向DSP申請對外部總線的控制，所以DSP的/HOLD信號決定于HRQ,而二者的有效電平正發(fā)是反相關(guān)系；另一方面，當DPS在合適程序代碼的協(xié)助下使/HOLDA有效，從而對/HOLD有效作出響應(yīng)時，它就應(yīng)該通知DMAC可以獲得總線控制權(quán)。因此HLDA、/HOLD信號線的譯碼邏輯關(guān)系如下：

　　HLDA=/HOLDA

　　/HOLD=HRQ

　　DMA操作的時序關(guān)系如圖2所示。

　　可見，當8237-5任一通道的DREQ被置為有效電平且相應(yīng)通道的屏蔽位被清除時，就使HRQ信號變?yōu)楦唠娖剑瑥亩笵SP的/HOLD變低，表示有外部設(shè)備請求對外部總線的控制。隨即DSP發(fā)出/HOLDA來響應(yīng)/HOLD,8237-5的HLDA變高，取得總線控制權(quán)，并產(chǎn)生相應(yīng)的DMA響應(yīng)信號DACK以通知外設(shè)。完成DMA周期后，總線又回到正常狀態(tài)。

　　4 軟件編程

　　實現(xiàn)DMA控制方式的軟件編程主要包括DMA控制器8237-5的初始化、DSP的HOLD操作以及外設(shè)初始化相關(guān)設(shè)置等三部分。根據(jù)所實現(xiàn)的具體功能不同，各部分的一些細節(jié)可以有所區(qū)別。

　　下面給出DMA控制方式在以DSP為的語言學(xué)習(xí)系統(tǒng)中的一個具體應(yīng)用。它可以實現(xiàn)DMA方式的采樣和回放，用于兩個人之間的全雙工會話功能。所用外設(shè)是聲卡。由于要同時進行采樣和回放，所以8237-5需要使用兩個DMA通道。

　　4.1 8237-5的初始化

　　根據(jù)全雙工會話功能的具體要求，本例程的方式寄存器和命令寄存器初始化如下：

　　out 60h,dma_command_res 到存儲器傳送，禁止通道0地址保持，允許芯片工作，正常時序，固定優(yōu)先級，滯寫入選擇，DREQ高電平有效，DACK低電平有效。

　　4.2 聲卡初始化中的相關(guān)設(shè)置

　　聲卡一般默認DMA0=1為回放通道、DMA1=3為采樣通道，這在其PNP初始化中規(guī)定。19寄存器用于禁止聲卡并行傳送方式，啟動DMA方式：

　　聲卡還有幾個與DMA操作有關(guān)的寄存器：I14、I15、I30、I31.I14、I15用于設(shè)定DMA回放的計數(shù)其值，I30、I31則用于設(shè)定DMA采樣的計數(shù)基值。它可以產(chǎn)生一個中斷以方便用戶做相應(yīng)處理。

　　4.3 DSP的HOLD操作中斷服務(wù)子程序

    5 結(jié)語

　　DMA控制方式在DSP中的成功運用解決了系統(tǒng)中存儲器與外設(shè)之間數(shù)據(jù)傳送的速度問題，極大地減輕了CPU的負擔，實現(xiàn)了DSP對聲卡DMA方式的錄音與回放、立體聲及全雙工操作，可以很方便地實現(xiàn)全數(shù)字化語言學(xué)習(xí)系統(tǒng)的各項功能。

參考文獻:

[1]. TMS320F206 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/TMS320F206_17297.html.
[2]. A15 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/A15_1244519.html.
[3]. D15 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/D15_1092218.html.
[4]. DMAC datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/DMAC_1401012.html.