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    基于CPLD的TMS320C6727B外設(shè)重疊地址空間解析方法的研究與實現(xiàn)

    2014-03-24 13:05:30璜,田
    海軍航空大學(xué)學(xué)報 2014年2期
    關(guān)鍵詞:數(shù)據(jù)總線外設(shè)譯碼

    黃 璜,田 偉

    (1.第二炮兵工程大學(xué)研究生管理大隊,西安710025;2.海軍航空工程學(xué)院訓(xùn)練部,山東煙臺264001)

    TMS320C6727B(以下簡稱C6727)是TI 公司于2006年推出的單核高性能32/64bit浮點數(shù)字信號處理器,CPU 主頻可達(dá)300 MHz,處理能力達(dá)到1 800 M FLOPS,為專業(yè)音頻處理、通信基帶信號處理等領(lǐng)域的應(yīng)用提供了高性價比的解決方案。在硬件上,C6727 片載dMax DMA 數(shù)據(jù)傳輸引擎、3 組累計16 個通道的McASP專業(yè)音頻采集接口模塊、2個全雙工定時器、2個SPI全雙工同步串行端口、2組I2C兩線式串行總線模塊、1 組UHPI 通用主機(jī)接口、軟件可編程鎖相環(huán)電路等,為各類開發(fā)應(yīng)用提供了靈活多樣的硬件解決方案[1-5];在軟件上,C6727 片載了384 k bit 掩模ROM,內(nèi)置Bootloader模塊、全功能DSP/BIOS實時多任務(wù)操作系統(tǒng)以及優(yōu)化的數(shù)字信號處理函數(shù)庫(DSPLIB),非常有利于信號處理軟件開發(fā)及其市場化。C6727 豐富的片載硬件與軟件資源,助推了其在音頻信號和通信基帶信號處理領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

    C6727 在設(shè)計上簡化了地址總線,其片載硬件資源都分配了固定的地址,片外擴(kuò)展的SDRAM 映射到0x80000000 的地址空間,片外擴(kuò)展的Flash 映射到0x90000000 的地址空間,讀寫控制非常便捷;但用戶擴(kuò)展的其他外設(shè)器件,需要通過外圍邏輯電路對地址空間進(jìn)行解析,否則無法實現(xiàn)對外圍器件的片選控制和端口訪問。針對這一問題,本文提出了一種基于CPLD的重疊地址空間解析方法,可滿足大量外設(shè)、外設(shè)大量地址段的地址空間解析需求。

    1 C6727的地址空間分配

    C6727 的地址總線寬度為32bit。其中,從0x00000000~0x0005FFFF 的384 k bit 空間映射為片內(nèi)的ROM區(qū)域,用于內(nèi)置啟動加載器、固化DSP函數(shù)庫等;從0x10000000~0x1003FFFF的256 k bit空間映射為片內(nèi)RAM,用于應(yīng)用程序運行時的程序或數(shù)據(jù)存儲;從0x80000000~0x8FFFFFFF的地址空間,映射到外部SDRAM,用于用戶外擴(kuò)隨機(jī)存儲器,以滿足應(yīng)用程序運行時的程序或數(shù)據(jù)存儲需求;從0x90000000~0x9FFFFFFF 的地址空間,映射到外部Flash區(qū)域,用于存儲用戶程序;從0xF0000000以后的地址空間映射為EMIF控制寄存器。

    訪問0x80000000~0x8FFFFFFF 和0x90000000~0x9FFFFFFF 地址空間時,通過EM_CS0 和EM_CS1控制引腳,分別選通SDRAM 和FLASH 區(qū)域。C6727訪問外設(shè)(不含SDRAM和FLASH,下同)的地址僅有A0~A11引腳12條,訪問地址空間為4k。C6727通過配置行選通地址、列選通地址、存儲區(qū)地址等EMIF相關(guān)的控制引腳,實現(xiàn)對SDRAM 8bit、16bit 或32bit 讀寫。訪問Flash 地址空間可通過C6727 相關(guān)寄存器配置數(shù)據(jù)總線寬度為8bit或16bit,但有關(guān)的控制引腳僅EM_CS1、12條地址線和EM_BA0,無法滿足當(dāng)前主流Flash的256kbit(18條地址線)以上地址空間的訪問需求,因而訪問Flash時,需要借助UHPI的通用引腳,將其高位地址映射到C6727 通用引腳輸出至Flash 高位地址線,從而實現(xiàn)對Flash的訪問。

    圖1為C6727擴(kuò)展SDRAM和Flash的典型連接方法[6]。在圖1 中,設(shè)定Flash 的數(shù)據(jù)總線寬度為16bit。DSP 系統(tǒng)地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)總線寬度默認(rèn)為8bit,讀寫數(shù)據(jù)總線寬度為16bit 的異步器件時,地址將以2 遞進(jìn);同時,本文中采取了C6727 的BA[0]接入Flash 的A0引腳,這2個因素相當(dāng)于地址總線左移2bit。因此,C6727分配的外設(shè)地址,映射到C6727地址總線A0~A11 的狀態(tài),需要右移2bit 才能與之引腳狀態(tài)一一對應(yīng)。這一問題易出錯、易忽略,經(jīng)常導(dǎo)致硬件調(diào)試失敗,需要特別引起重視。

    圖1 C6727擴(kuò)展SDRAM和FLASH的連接圖Fig.1 Extended SDRAM and FLASH Interface for C6727

    2 外圍器件地址空間的設(shè)計與解析

    SDRAM 區(qū)域的地址空間在程序運行時訪問頻繁,而Flash 地址空間僅在系統(tǒng)上電時程序搬移使用。因此,將外設(shè)地址配置在Flash 的地址空間。直接分配0x90000000~0x9FFFFFFF 地址空間會造成Flash和外設(shè)間地址重疊,因而需配置一條C6727通用引腳作為控制信號,通過CPLD邏輯譯碼電路,選通外圍器件的片選信號,實現(xiàn)外設(shè)重疊地址空間的解析。

    2.1 外設(shè)地址空間的設(shè)計

    在訪問Flash期間,需要通過UHPI引腳輸出其高地址。由此,可通過另外配置的一條通用引腳作為開關(guān)信號,在其為低電平時,控制UHPI 引腳輸出Flash高位地址;反之,則不輸出Flash 高位地址,此時映射的地址空間為外設(shè)地址空間。按照這種設(shè)計思路,選擇通用引腳AXR1[2]作為Flash 和外設(shè)地址空間的開關(guān)控制信號,重新分配后的地址空間如圖2所示。

    由此可見,CPLD譯碼邏輯電路,可根據(jù)AXR1[2]的狀態(tài),選擇是否對外設(shè)地址空間譯碼??紤]到不同類外設(shè)對地址空間數(shù)量需求的不同,為確保系統(tǒng)設(shè)計的足夠冗余,一般選擇高位地址線作為外設(shè)的片選邏輯控制信號,低位地址線不做限制,這樣即可確保外設(shè)具有足夠的地址空間選擇余量。本文以A8~A11共計4 條地址線,作為CPLD 的片選控制邏輯,結(jié)合AXR1[2]的狀態(tài),實現(xiàn)對外設(shè)片選信號的選通。外設(shè)帶有地址線時,可用DSP 的地址總線直接接入外設(shè)。外設(shè)地址的最終確定,還與C6727配置的異步數(shù)據(jù)總線寬度、Flash 的A0 地址線是否接入C6727 的存儲器選擇區(qū)BA0 有關(guān)。以下分析說明幾款典型需求對應(yīng)的地址空間配置。

    圖2 地址映射分布圖Fig.2 Address mapping distribution

    2.1.1 通用串口控制器

    通用異步串行通信(UART)作為一種靈活方便、簡單可靠的通信方式,在各類嵌入式系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。TL16C752B 是TI 公司推出的新型通用異步串行通信協(xié)議芯片,可與TI 系列的DSP 直接接口。TL16C752B 有A、B 2 個通道,每個通道有16 個寄存器,寄存器之間的讀寫可通過線路狀態(tài)寄存器LCR進(jìn)行2次尋址。因此,每個通道只需分配8個地址,利用3 條地址線即可實現(xiàn)對TL16C752B 的完全控制[7-8]。假設(shè)A8~A11 的狀態(tài)為“1010”時,TL16C752B 的A 通道被選通,B通道的分析與A通道類似,此處不做過多說明。C6727引腳狀態(tài)及連接圖如表1所示。

    表1 TL16C752B接入C6727的管腳及連接分配Tab.1 Pins and collection distribution for the collecting TL16C752B to C6727

    由于C6727 配置外設(shè)數(shù)據(jù)總線寬度為16bit 及BA0 接入Flash 的A0 引腳因素,生成的地址總線需要左移2bit,因而作為選通TL16C752B A 通道的基地址應(yīng)該為0x90000A00(無關(guān)引腳取默認(rèn)狀態(tài)0)。首位9表示將地址映射到CE1 空間,使EM_CE1 有效。TL16C752B A通道的8個寄存器地址為:

    表2 TL7528C接入C6727的管腳及連接分配Tab.2 Pins and collection distribution for the collecting TL7528C to C6727

    2.1.2 D/A轉(zhuǎn)換芯片

    TL7528C是TI推出的專用D/A芯片,用于將數(shù)字信號高速轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出,被廣泛應(yīng)用于接收信號數(shù)字AGC控制中。該芯片有A、B 2個通道,在其片選信號CS有效情況下,由其地址線A0控制選通A通道或B 通道;A、B 通道公用8 位的數(shù)據(jù)總線,可由C6727 的數(shù)據(jù)總線直接接入。同樣,利用C6727 的A8~A11控制TL7528C的片選信號CS,C6727的A0管腳控制TL7528C 的A、B 通道。假設(shè)A8~A11 的狀態(tài)為“1011”時,TL7528C 的片選信號有效,則其對應(yīng)的引腳狀態(tài)及連接圖如表2所示。

    因此,作為選通TL7528C 通道的基地址應(yīng)該為0x90000D00。TL7528C A、B通道的地址分別為:

    式(2)中:x=0 代表選通A 通道,x=1 代表選通B 通道。

    按照以上方法,即可設(shè)計各類型外設(shè)的地址空間,在用戶應(yīng)用程序中可利用設(shè)計的地址值對外設(shè)進(jìn)行讀寫操作。

    2.2 重疊地址解析

    為外設(shè)分配好地址空間后,需要利用CPLD 對采集的地址信號和C6727 的控制信號進(jìn)行邏輯運算,輸出外設(shè)的片選信號,從而實現(xiàn)對重疊地址的解析。重疊地址解析算法主要包括以下2個流程:

    1)根據(jù)相關(guān)的控制信號,對控制地址A8~A11 和控制信號AXR1[2]、EM_CE1 進(jìn)行譯碼。采用4-16 譯碼器實現(xiàn)相關(guān)的控制邏輯[9-12],對應(yīng)的CPLD實現(xiàn)代碼如下:

    CSL 為定義的16 位信號向量,用于4-16 譯碼使用;ALLEXCE<=EM_CE1 or(NOT AXR1[2]),即在訪問CE1地址空間、且訪問外設(shè)空間(AXR1[2]=1)時,才執(zhí)行以上代碼;DSP_ADDR代表A8~A11 4條地址線,可輸出16個外設(shè)的片選信號。如果外設(shè)數(shù)量多,可進(jìn)一步增加譯碼的高位地址線。

    2)對譯碼信號進(jìn)行識別,選擇合適的外設(shè),輸出其控制片選信號或其他類型信號。

    針對2.1中的地址分布,分別輸出片選信號:

    針對外接Flash,其高位地址信號輸出為:

    設(shè)Flash 高位地址輸出允許的地址為0x9000800;SysRst 為系統(tǒng)復(fù)位信號,DSP_WEn 為對外設(shè)的寫操作信號;對應(yīng)的6條高位地址線與FA(5 DOWNTO 0)相連。

    2.3 控制邏輯與訪問程序的實現(xiàn)

    用戶的應(yīng)用程序訪問外設(shè)時,根據(jù)解析重疊地址要求,需要在程序中設(shè)定參數(shù)訪問外設(shè)的條件控制、外設(shè)地址訪問控制等,并在C6727數(shù)據(jù)總線上輸出相關(guān)的讀寫信號。訪問外設(shè)時要求設(shè)置AXR1[2]為高電平狀態(tài)(默認(rèn)情況下該管腳為低電平,表示不訪問外設(shè)),可通過下述FlashEnable(unsigned char flag)函數(shù)實現(xiàn),即在flag 為0 時,通過配置UHPI 中AXR1[2]引腳為通用類型輸出引腳,并輸出0,反之輸出1,即可實現(xiàn)在AXR1[2]引腳上輸出0或1。

    利用地址對外設(shè)進(jìn)行訪問時,可預(yù)定義需要訪問的外設(shè)寄存器地址,并在該地址上輸入或輸出地址值。如預(yù)定義TL16C752B A 通道中斷使能寄存器IER 的地址,對應(yīng)TL16C752B 的A2~A0 狀態(tài)為001 的代碼為:

    #define TL16C752B_IER_REG 0x90000A000+4

    向IER寫值regval時,先調(diào)用FlashEnable()函數(shù),在AXR1[2]引腳上輸出高電平,進(jìn)而使用下列代碼:

    在向IER 賦值時,通過定義TL16C752B_IER_REG 指針在0x90000000 范圍內(nèi),使得EM_CE1 有效;地址中的0xA00 使得TL16C752B A 通道片選信號有效,地址中的4 使得在C6727 的地址信號A2~A0 上輸出001。此時,即達(dá)到訪問TL16C752B A 通道的IER寄存器的條件,數(shù)據(jù)總線上的regval 值即送出達(dá)到IER 寄存中,實現(xiàn)了對IER 的寫操作。對外設(shè)其他寄存器或端口的操作類似,本文不做過多說明。

    3 結(jié)束語

    通過在C6727 開發(fā)板上硬件測試,本文提出的重疊地址解析方法,可同時滿足TL16C752B、TL7528C、LCD、外部開關(guān)狀態(tài)信息采集或輸出等需求,驗證了本文提出的重疊地址解析實現(xiàn)外設(shè)訪問控制方法的可行性。同時,針對外設(shè)數(shù)量多的問題,本文提出的該方法可進(jìn)一步進(jìn)行擴(kuò)展,在降低外設(shè)寄存器或端口地址空間數(shù)量情況下,提高控制外設(shè)片選信號的寬度,提高控制外設(shè)的數(shù)量。當(dāng)外設(shè)數(shù)量擴(kuò)展到32 時,外設(shè)寄存器或端口地址空間可達(dá)128,對于工程應(yīng)用而言,32 個外設(shè)控制和每個外設(shè)128個端口地址能滿足各類復(fù)雜應(yīng)用需求。

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