基于DSP的DAM控制技术

    摘要：通过分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存储器访问（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解决了DSP与8237-5的软、硬件接口问题，实现了DMA在数字化语言学习系统中的应用。

    关键词：DMA DSP HOLD操作

TMS320C2XX是美国TI公司推出的一种低低价格、高性能的16位定点运算数字信号处理器（DSP），它的性价比较高，目前已成为高档单片机的理想替代品，参通信、语音处理、军事、仪器仪表、图像处理等领域得到了广泛的应用。在以TMS320C2XX为核心的数字化语言学习系统中，为了满足系统实时性要求，并且提高系统的音质和负载能力，声卡与存储器之间的数据传送已经不能采用程序查询控制方式，因此我们考虑采用直接存储器访问（DMA）控制。直接存储器访问控制是指数据传送时不需要CPU的介入，I/O设备和存储器直接交换信息。DMA方式的数据传送与程序查询方式的数据传送相比，具有数据传送速度高、I/O响应时间短、CPU额外开销小的明显优点。本文根据课题需要，通过分析TMS320C2XX使用保持（HOLD）操作的直接存储器访问（DMA）和DMA控制器8237-5的工作原理，解决了DSP芯片TMS320F206与DMA控制器8237-5的软、硬件接口问题，实现了DMA在数字化语言学习系统中的应用。

1 TMS320C2XX使用HOLD操作的直接存储器访问

TMS320C2XX的HOLD操作允许对外部程序、数据以及I/O空间进行直接存储器访问。该过程由/HOLD/HOLDA两个信号控制。

（1）/HOLD。外部设备可以把该引脚驱动到低电平从而请求对外部总线的控制。如果HOLD/INT1中断线被允许，那么将触发中断。

（2）/HOLDA。在响应/HOLD中断时，软件逻辑可以使处理器发出/HOLD应答信号，表示它将放弃对其外部总线的控制。根据/HOLDA，外部地址信号（A15～A0）、数据信号（D15～D0）以及存储器控制信号（/PS，/DS，/BR，/STRB，R/W，/RD，/WE）被置为高阻状态。

在我们的设计中，HOLD/INT1中断服务子程序只用于HOLD操作以便控制DMA传送，因此DSP的断控制寄存器（ICR）中的方式（MODE）位置为0。此时，中断线INT1对下降沿和上升沿二者都敏感。当CPU检测到下降沿时，它完成正在执行的挡前指令，然后迫使程序控制转到中断服务子程序。在成功的测试到MODE=0之后，此子程序执行IDLE（空闲）指令。根据IDLE，/HOLDA变为有效而外部总线被置为高阻状态。只有在检测到HOLD/INT1引脚上的上升沿之后，CPU才退出IDLE状态，/HOLDA变为无效，并使外部总线返回到正常状态。

HOLD操作的子程序将在本文最后结合具有本示例中给出，应该注意的是：IDLE指令应当放在断服务子程序内以便发出/HOLDA。同时要注意的是：中断程序代码禁止除HOLD/INT1之外的所可屏蔽中断，从而允许/HOLDA和总线的安全恢复。

2 DMA控制器8237-5的工作原理

8237-5是一个高性能的40引脚双列直插式可编程DMA控制器芯片，可以方便地与DSP微处理器相连，实现我户口设备与存储之间数据交换。其内部结构和引脚信号可参阅参考文献[2]。该控制器通过编程可提供多种类型的控制特，以优化系统性能，增大数据吞吐量，最高数据传输速率可达1.5MB/S。

DMA控制器实现DMA传送的控制原理可用图1的信息流示意图表示。现结合该图将DMA控制原理操作顺序说明如下：

①I/O设备准备好后，向DMA控制器（DMAC）发出DMA请求信号DMARQ。

②DMAC向CPU发出总线请求信号BUSRQ。

③按照预定的DMAC占用总线方式，CPU响应BUSRQ，向DMAC发出总线确认信号BUSAK。从这时起，CPU总线控制权交由DMAC接管，开始进入DMA有效周期，如图1中阴影部分所示。

④DMAC接管总线后，先向I/O设备发出DMA请求的响应信号DACK，表示允许外设进行DMA传送。然后按事先设置的初始地址和需传送的字节数，依次发送地址和读写命令，使RAM和I/O设备直接交换数据，直至全部数据交换完毕。

⑤DMA传送结束后，自动撤消向CPU的总线请求信号BUSRQ，从而使BUSAK和DACK相继变为无效，CPU又重新控制总线，恢复正常工作。

3 DSP与DMA控制器8237-5的接口电路

通过上述分析可以知道，DSP与8237-5的接口关键是要解决DSP的/HOLD、/HOLDA信号与8237-5的总线保持请求输出信号HRQ（即BUSRQ）、总线保持响应输入信号HLDA（即BUSAK）之间的联系问题。图2给出DSP与8237-5的接口电路。

（1）数据线、地址线可以直接相连，8237-5仅使用8根据数据线和地址线。

（2）由于8247-5要向DSP申请对外部总线的控制，所以DSP的/HOLD信号决定于HRQ，而二者的有效电平正发是反相关系；另一方面，当DPS在合适程序代码的协助下使/HOLDA有效，从而对/HOLD有效作出响应时，它就应该通知DMAC可以获得总线控制权，那么可以将/HOLDA反相后发给8237-5的HLDA，从而使得该信号变高成为有效，8237-5得以接管总线。因此HLDA、/HOLD信号线的译码逻辑关系如下：

HLDA=/HOLDA

/HOLD=HRQ

一次DMA操作的时序关系如图2所示。

可见，当8237-5任一通道的DREQ被置为有效电平且相应通道的屏蔽位被清除时，就使HRQ信号变为高电平，从而使DSP的/HOLD变低，表示有外部设备请求对外部总线的控制。随即DSP发出/HOLDA来响应/HOLD，8237-5的HLDA变高，取得总线控制权，并产生相应的DMA响应信号DACK以通知外设。完成DMA周期后，总线又回到正常状态。

4 软件编程

实现DMA控制方式的软件编程主要包括DMA控制器8237-5的初始化、DSP的HOLD操作以及外设初始化相关设置等三部分。根据所实现的具体功能不同，各部分的一些细节可以有所区别。

下面给出DMA控制方式在以DSP为核心的语言学习系统中的一个具体应用。它可以实现DMA方式的采样和回放，用于两个人之间的全双工会话功能。所用外设是声卡。由于要同时进行采样和回放，所以8237-5需要使用两个DMA通道。

4.1 8237-5的初始化

8237-5初始化的一般内容可参阅参考文献[2]，关键在于方式寄存器和命令寄存器的规定。根据全双工会话功能的具体要求，本例程的方式寄存器和命令寄存器初始化如下：

splk #0049h,60h ；方式寄存器，通道1，读传送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，单字节传送，禁止自动预置。

splk #0047h,60h ；方式寄存器，通道3，写传送，

out 60h,dma_mode_res 地址增，单字节传送，禁止自动预置。

splk #0000h,60h ；命令寄存器，禁止存储器

out 60h,dma_command_res 到存储器传送，禁止通道0地址保持，允许芯片工作，正常时序，固定优先级，滞写入选择，DREQ高电平有效，DACK低电平有效。

4.2 声卡初始化中的相关设置

声卡一般默认DMA0=1为回放通道、DMA1=3为采样通道，这在其PNP初始化中规定。19寄存器用于禁止声卡并行传送方式，启动DMA方式：

splk #0049h,60h ;select 19,MCE=1。

out 60h,534h

splk #001bh,60h ;全校准，禁止PIO方式，允许DMA采样和回放。

out 60h,535h

声卡还有几个与DMA操作有关的寄存器：I14、I15、I30、I31。I14、I15用于设定DMA回放的计数其值，I30、I31则用于设定DMA采样的计数基值。它可以产生一个中断以方便用户做相应处理。

4.3 DSP的HOLD操作中断服务子程序

inpt1: in dsp_icr,icr ;读DSP中断控制寄存器。

Bit dsp_icr,11 ;测试MODE位，判断是否是HOLD操作。

Bcnd skip_int1,tc ；如果MODE=1，则退出中断服务子程序。

/以下几句完成DMA操作/

ready：

lacl imr ;保护中断屏蔽寄存器。

Splk #0001h,imr ;屏蔽除HOLD/INT1之外的所有可屏蔽中断。

Idle ;进入HOLD操作。发出/HOLDA，外部总线被置为高阻状态，等HOLD/INT1引脚上的升沿。

Splk #1,ifr ；HOLD操作已完成（即完成一次DMA传送）。清HOLD/INT1中断标志防止再次进入HOLD方式。

Sacl imr ；恢复中断屏蔽寄存器内容。

/针对全双工会话功能的必要处理/

int 1_one_speech1：

in temp0,dma_state_res ;读8237与DMA状态寄存器判断是哪个通道的DMA，从而保证DMA采样与回入交替进行。

bit temp0,14

bcnd unmask3,tc

tib temp0,12

bcnd unmask 1,tc

b skip_int1

unmask3:

splk #0007h,60h ;屏蔽采样DMA。

out 60h,000fh

b skip_int1

unmask 1:

splk #000dh,60h ;屏蔽回放DMA。

out 60h,000fh

skip_int 1:

clrc INTM

ret

DMA控制方式在DSP中的成功运用解决了系统中存储器与外设之间数据传送的速度问题，大大减轻了CPU的负担，实现了DSP对声卡DMA方式的录音与回放、立体声及全双工操作，从而可以方便地实现全数字化语言学习系统的各项功能。