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DSP與PC間高速串口通信的實現
電子產品世界
北京理工大學電子工程系信息系統實驗室 王衛江 陶 然 徐元軍
摘要: 利用UART解決DSP與PC機間通信時速率匹配問題,并給出了具體實現電路。
關鍵詞: DSP UART 串行通信 FIFO
Abstract:
Key words :

    DSP是一種專門用來實現信號處理算法的微處理器芯片,主要優點有:硬件乘法器,哈佛總線結構,多種尋址方式,零耗循環(zero overhead loop),程序執行時間可預測等。

    正是由于DSP的諸多優點能夠滿足密集的數學計算,而且DSP應用的另一個突出特點是實時性,使其在通信、雷達、數字電視等領域得到了廣泛的應用,而且日益滲透到人們的日常生活的各個方面。

    在實時信號處理中已經離不開DSP,這些處理系統中包含了各種數據通信,例如DSP與DSP間數據通信,DSP與PC機間數據通信等。如何能夠快速、準確的完成通信是每個硬件工程師所關心的問題。由于DSP的工作頻率較高,如TMS320C6201時鐘頻率為200MHz,ADSP21060時鐘頻率為40MHz,故其數據讀寫周期很短,然而PC機串口讀寫速度較低,最大數據吞吐量約為115kbps,盡管DSP在與這些慢速外設進行數據交換時可以加入額外的等待周期,但是在實時性要求苛刻,算法復雜的場合,將DSP從這些冗長的等待周期中解放出來,將其時間重點放在處理關鍵的實時任務中去,有著重要的實際意義。故DSP與PC機之間串口通信的速度匹配是保證快速、準確通信的關鍵。

    PC機一般帶有一個或兩個內置串口,每個端口的機箱背后有一個9針或25針的公插口。串口是以bit來傳輸數據的,傳輸速率取決于UART芯片。該芯片將PC總線上的并行數據(單字節或多字節)分割成以比特為單位的串行數據流,從而實現在串口線纜中的數據傳輸。

    現在幾乎所有的PC機都帶有16550UART用以實現并行數據和串行數據的格式轉換,它的最大數據吞吐量為115kbps,這已經能夠滿足大多數串行設備的需要了。

    PC16550是國家半導體公司生產的通用異步接收/發送器(UART)芯片,它不僅能把從CPU接收的數據進行并-串轉換,還能夠把從外圍設備或MODEM接收到的數據進行串-并轉換。

    該UART包括一個可編程的波特率產生器,可將輸入的時鐘信號進行分頻,并可產生16倍的時鐘來驅動內部的傳輸邏輯單元。同時它內部集成了中斷邏輯,另外通過對其內部的寄存器的設置可以完成相應功能,這些寄存器主要有:線路控制寄存器、FIFO控制寄存器、中斷使能寄存器、MODEM控制寄存器、線路狀態寄存器等。因而它可以與大多數的CPU實現無縫接口,使用很方便。PC16550的功能主要包括:

    * 工作在FIFO模式時,接收器/發送器自帶16字節的FIFO存儲器,減少了中斷CPU的次數;

    * 串行數據位數可編程,起始位、停止位的長度,奇偶校驗位的有無可以分別控制;

    * 可分別產生數據的接收/發送、線路狀態等中斷,各中斷的優先級可設定;

    * 可編程波特率產生器;

    * 芯片全部工作狀態報告功能;

    * 內部自診斷功能;

    其典型應用電路如圖1所示。

DSP與PC機間串口通信的實現

   
在許多DSP的應用中需要與PC機進行數據交換,使用戶通過PC機上友好的程序界面來控制DSP系統的工作、顯示DSP的運行結果等。在數據傳輸過程中,傳輸的速度的快慢、誤碼率的大小、效率的高低等都影響到整個系統的性能指標,因此如何高速高效的進行數據傳輸是不容小視的。前面已經敘述了由于DSP工作頻率較高,它的讀寫時鐘的脈寬較窄,使數據在總線上的鎖存時間較短。我們開始是使用8251芯片來完成與ADI公司的ADSP21060串行通信,但在實際應用中測得數據傳輸誤碼率較高,系統工作可靠性大受影響。主要是因為8251的響應時間較長,不能保證在DSP的讀寫周期內準確的將數據進行鎖存。后來改用PC16550芯片,就能很好的與DSP匹配,問題得到了徹底解決。另外該芯片內置FIFO(First-In, First-Out,先進先出),能存儲一定量的數據后再給DSP中斷,從而節省了DSP中斷服務程序的時間,提高了DSP的工作效率。具體電路如圖2。

    DSP通過外存選擇信號/MS00來片選PC16550,通過信號對其進行讀寫操作,PC16550占用DSP的外部存儲器空間。其它一些信號,如cs0,cs1,rd,wr等可根據典型應用電路所示的連接方式進行連接。與MODEM通信的引腳在本系統中沒有使用,故相應引腳懸空即可。在DSP與PC機串口通信時先要對16550進行設置,見下面DSP的匯編程序。

    .segment/dm ms0data; /*串口UART*/

    .var okdata[512]; /*okdata起始地址為0主00000*/

.endseg;

………

main:

………

/*將line control register的DLABwulf1*/

r0=0x80;b6=okdata;m6=3;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*設置波特率為9600*/

r0=0xc;b6=okdata;m6=1;l6=0;

dm(i6,m6)=r0;

/*設置line control register,數據8位,停止位1,其他無*/

r0=0x3;b6=okdata;m6=3;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*設置FIFO control register,接收4Bytes數據后產生中斷,將接收/發送FIFO清零*/

r0=0x47;b6=okdata;m6=2;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*中斷允許*/

r0=0xl;b6=okdata;m6=1;l6=0;

dm(m6,i6)=r0;

/*向UART寫一個數據0X光5*/

r0=0x55;b6=okdata;m6=0;l6=0;

dm(i6,m6)=r0;

………
    本電路硬件和匯編程序都調試通過,并成功地應用于某毫米波偵察雷達信號處理機中??傊?,PC16550能夠方便、靈活并且高效的完成DSP與PC機間串口的數據通信,而且可使用戶實現與標準MODEM之間接口,實行數據遠傳。
 

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