摘 ?要： 針對TI公司的DSP芯片TMS320C6713，利用片上同步多通道緩沖串行口(McBSP)和增強型直接存儲器存取(EDMA)實現了串口通信功能。該方案解決了芯片只有同步串口而不能進行異步傳輸的問題，豐富了接口功能。
關鍵詞： TMS320C6713；多通道緩沖串行口；增強型直接存儲器存取；串口通信
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數字信號處理器因其高性能及強大的數據處理能力，而在通信和信號處理、自動控制等領域得到越來越廣泛的應用。TMS320C6713(簡稱C6713)作為TI公司TMS320C6000系列的DSP，經常被用于圖像、語音處理等方面。在大多數應用系統中，往往需要實現DSP與PC機或者其他外設之間的異步串行通信。但C6713所提供的串口是同步串口，并不支持通用異步串行收發器標準[1-2]。本文設計了一種利用C6713已有的同步串口McBSP與EDMA實現異步串口通信的方法[3]。
1 硬件接口電路設計
C6713有兩個McBSP(McBSP0，McBSP1)口，每個端口有7 個引腳，除數據收發引腳(DX、DR) 之外，還包括發送時鐘(CL KX)、接收時鐘(CL KR)、發送幀同步(FSX)、接收幀同步(FSR)和外部輸入時鐘(CL KS)等引腳，分別用于傳送數據、時鐘和幀同步，實現同步串行通信。
當McBSP工作在串行口方式時，McBSP與串口的連接圖如圖1所示。對于McBSP 而言，不論外部如何連接，始終認為工作在同步方式下。當串口發送的數據中有幀信息和數據信息時，串口的TxD與McBSP的DR、FSR相連，就可以將數據線上的電平跳變直接引入到FSR端；當FSR檢測到數據線上一幀的第一個下跳沿時，McBSP認為幀同步信號到來。
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2 C6713上的程序設計
為了實現 McBSP與UART通信，本文使用過采樣的方法將同步串口模擬成異步串口進行通信，即將 McBSP發送接收數據的時鐘頻率設置為UART發送接收波特率的16倍。當McBSP發送數據時，軟件將每一位擴展為16 bit發送出去，即1被編碼為Oxffff,0被編碼為0x0000；當McBSP接收數據時，軟件同樣也要將接收到的每個16 bit字解碼還原為1 bit。這樣做使同步串口以比特為單位發送數據，可以很方便地模擬出異步串口的數據格式。同時，為了讓DSP不需要頻繁地對McBSP進行讀/寫操作，采用EDMA方式發送接收數據，提高了DSP的工作效率。McBSP與數據緩存之間的數據傳送由EDMA的通道14和通道15完成。通道14完成數據發送，通道15完成數據接收。
2.1 初始化程序
初始化程序流程如圖2所示。在初始化程序中主要對McBSP及EDMA的一些參數進行設置。
假設傳輸以8IN1的格式，發送接收都設為雙相幀模式，第一相是開始位和8個數據位，第二相是停止位。停止位編碼為8 bit字，以便于調整為1.5 bit停止位。應該對McBSP相關寄存器位的值初始化，以及EDMA進行相應操作[４]。
2.1.1 McBSP的參數配置
(1)引腳控制寄存器（PCR）的配置
FSXM=1 FSXP=1：允許采樣率發生器產生低電平有效的起始位；
FSRM=0 FSRP=1：低電平有效的起始位用作McBSP 的接收幀同步輸入端；
CLKRM=1 CLKXM=1：用內部采樣率發生器產生串行時鐘；
PCR的值為0xB0C。
(2)接收/發送控制寄存器(RCR/XCR）的配置
(R/X)PHASE=1：使能雙相位幀傳輸模式；
(R/X)FRLEN1=8：數據幀的前半部為9個字；
(R/X)FRLEN2=1：數據幀的后半部為2個字；
(R/X)WDLEN1=2：數據幀的前半部均為16 位的字；
(R/X)WDLEN2=0：數據幀的后半部均為8位的字；
(R/X)COMPAND=0：不進行壓縮；
(R/X)FIG=1：忽略幀同步的數據傳輸；
(R/X)DATDLY=0：數據傳輸不延遲；
RCR和XCR的值都為0x11040840。
(2)采樣率發生器寄存器（SRGR）的配置
FSGM=0：當數據從DXR向XSR拷貝時產生接收幀同步信號；
CLKSM=1：采樣率發生器的時鐘來源于內部CPU時鐘信號；
CLKGDV=（McBSP的時鐘頻率）/(16×波特率)-1，時鐘頻率必須進行適當的配置，以便產生16 倍波特率的頻率。本文采用的C6713的CPU時鐘頻率為225 MHz，McBSP的時鐘頻率為112.5 MHz，波特率為57 600 b/s。此時計算得到CLKGDV=121；SRGR的值為0x20000079。
2.1.2 EDMA的設置
(1)打開通道：采用CSL中的EDMA_open函數打開相應的通道，返回值賦給hEdma14、hEdma15。設置如下：
hEdma14=EDMA_open(EDMA_CHA_XEVT1，EDMA_OPEN_
RESET)；
hEdma15=EDMA_open(EDMA_CHA_REVT1，EDMA_OPEN_
RESET)；
(2)分配鏈接表地址
采用CSL中的EDMA_allocTable(-1)函數，系統將自動隨機地在參數RAM中專門為鏈接提供的地址空間內分配一個地址作為鏈接使用。函數的返回值就是分配到的地址，把它分別賦值給hEdmaLINK與hEdmaLINK2。設置如下：
hEdmaLINK=EDMA_allocTable(-1)；
hEdmaLINK2=EDMA_allocTable(-1)；
設置源和目的地址：CSL中方便地提供了一個獲得McBSP的DRR和DXR寄存器的地址函數。只需要定義一個句柄MCBSP_Handle hMcbsp1，在主程序中必須先對hMcbsp1進行賦值，利用MCBSP_open函數打開一個McBSP通道，如：
hMcbsp1=MCBSP_open(MCBSP_DEV1，MCBSP_OPEN_RESET)；
定義完hMcBSP1后就可以把hMcBSP1作為參數帶入MCBSP_getXmtAddr函數。引用結構體成員，就能對其賦值：
edmaXmitParam.dst=MCBSP_getXmtAddr(hMcbsp1)；
edmaRcvParam.src=MCBSP_getRcvAddr(hMcbsp1)；
(3)配置EDMA鏈接
根據CSL中提供的函數，采用以下方法進行鏈接：
EDMA_config(hEdma14，&edmaXmitParam)；
EDMA_config(hEdma15，&edmaRcvParam)；
EDMA_link(hEdma14，hEdmaLINK)；
EDMA_link(hEdmaLINK，hEdmaLINK)；
EDMA_link(hEdma15，hEdmaLINK2)；
EDMA_link(hEdmaLINK2，hEdmaLINK2)；
(4)使能EDMA通道與關閉
采用CSL提供的庫函數進行使能EDMA通道：
EDMA_enableChannel(hEdma14)；
EDMA_enableChannel(hEdma15)；
同時，在EDMA使用完之后要用如下語句對其復位及關閉操作。
EDMA_RSET(CIER,0x0)；
EDMA_close(hEdma14)；
EDMA_close(hEdma15)；?
2.2 發送子程序
發送時，用發送轉換子程序void ProcessTransmitData(void)把一塊數據轉變為UART發送的字，即擴展每個數據位為 16 bit的字。發送轉換子程序把這個發送字塊放人發送緩沖器，并且幀開始位(0x0000)和停止位(0xffff)也放在了特定的位置。發送子程序框圖如圖3所示。
2.3 接收子程序及容錯程序
接收時，EDMA從 DRR寄存器中讀取擴展的數據，并把數據寫人接收緩沖區。當 EDMA將所有數據移人接收緩沖區后，會發出中斷給 CPU，然后軟件才調用接收轉換子程序void ProcessReceive-Data(void)，把接收到的數據進行解碼。接收子程序框圖如圖4所示。
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值得注意的是：由于McBSP在接收數據過程中使用的是內部時鐘方式，接收的數據可能會有一定的偏移量，所以解碼過程應對數據進行容錯處理。調用一個數據邏輯判斷子程序unsigned short vote logic(unsigned short value)，用以確定每一個數據位的值，每解碼一個字時該函數先屏蔽掉高6位和低6位，只檢測中間的4 bit數據；當等于1011、1100、1101、1110、1111、0111時，對應解碼為“1”，否則為“0”。
3 PC機程序設計
本方案利用PC機與C6713進行串行通信。下傳時通過對數據文件讀取，將數據傳入DSP；上傳時在主機端把數據寫入文件進行保存。PC機軟件采用VC++平臺開發，其中包括以下幾部分功能[5]：
(1)串口初始化。采用CreateFile( )函數獲得串口設備的句柄，利用SetupComm( )函數設置緩沖區，并使用SetCommState( )重新初始化串口；
(2)串口讀寫：調用ReadFile( )函數進行串口數據接收，調用WriteFile( )函數進行串口數據發送；
(3)關閉串口：利用PurgeComm( )停止收發數據，清除緩沖區，調用CloseHandle(hCom)關閉串口設備句柄。
在進行批量數據傳輸，例如靜態圖像傳輸時，還規定了主機與從機雙方必須共同遵守一些協議，包括控制命令、數據收送、超時重發等協議來完成通信，確保數據發送的完整性。
4 傳輸性能分析
??? 將系統應用于靜態圖像壓縮應用，以傳輸圖像為例，下載一幅256×256的BMP圖像，上傳壓縮后的JPEG圖像，一次傳輸的緩存區設置為2 048 B。先來討論下載過程中的實際用時，實際下載時間=數據傳輸時間+程序運行時間。圖像下載的理論用時可以用下式來表示：
估算結果表明，實際用時大約是理論用時的1.5倍。對于實際用時大于理論用時并不難理解，實際下載時間=數據傳輸時間+程序運行時間。其中，程序運行時間又包括串口緩沖區的讀寫時間以指令執行時間。這里的緩沖區讀寫時間是雙方面的，包括上位機與DSP。在VC++中，由于使用的是MsCommon控件，在接收數據包時，這個控件通常用于傳輸控制命令，并不適用于做大量數據通信，需要手動進行延時350 ms才能完整地收到大小為2 048的數據包。這里的350 ms包括了等待每一幀2 048數據傳輸的時間0.28 s加上VC++中讀緩沖區的延時時間。對于下載來說，圖像大小正好是2 048的整數倍，可分為96次來傳輸。對于上傳JPEG數據流來說，壓縮后實際大小是8 455 B，并且
4.13，但程序中可分為5次來傳輸。因此實際傳輸時間是5×0.28=1.4 s，再加上延時間與代碼執行時間就大概符合實際測試的2.2 s。
通過C6713的McBSP和EDMA實現異步串行通信。目前，已經完成了軟硬件調試，并已將它應用靜態圖像數據的傳輸。試驗結果表明，該方法硬件結構簡單可靠，基本滿足實時性要求，取得了很好的效果，具有一定的應用價值。
參考文獻
[1] TMS320C6000 McBSP：UART，TI Incorporated[J/OL]，2004.http：//www.TI.com．
[2] TMS320C6000 Peripherals Reference Guide，TI Incorporated[J/OL]，2004.http：//www.ti.com．
[3] TMS320C6000 DSP enhanced direct memory access(EDMA)controller reference guide.TI Incorporated[J/OL].http：//www.ti.com．
[4] 任麗香，馬淑芬，李方慧．TMS320C6000系列DSPs的原理與應用[M]．北京：電子工業出版社，2000．
[5] 龔建偉，熊光明．VC++/Turbo C串口通信編程實踐[M]．北京：電子工業出版社，2004.