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DSP與PC間高速串口通信的實現(xiàn)

電子產(chǎn)品世界

北京理工大學(xué)電子工程系信息系統(tǒng)實驗室王衛(wèi)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(xiàn)電路。

關(guān)鍵詞： DSP UART 串行通信 FIFO

Abstract：

Key words :

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

    正是由于DSP的諸多優(yōu)點能夠滿足密集的數(shù)學(xué)計算，而且DSP應(yīng)用的另一個突出特點是實時性，使其在通信、雷達、數(shù)字電視等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(jīng)離不開DSP，這些處理系統(tǒng)中包含了各種數(shù)據(jù)通信，例如DSP與DSP間數(shù)據(jù)通信，DSP與PC機間數(shù)據(jù)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(guān)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(shù)據(jù)讀寫周期很短，然而PC機串口讀寫速度較低，最大數(shù)據(jù)吞吐量約為115kbps，盡管DSP在與這些慢速外設(shè)進行數(shù)據(jù)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(fù)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(guān)鍵的實時任務(wù)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(guān)鍵。

    PC機一般帶有一個或兩個內(nèi)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(shù)據(jù)的，傳輸速率取決于UART芯片。該芯片將PC總線上的并行數(shù)據(jù)(單字節(jié)或多字節(jié)）分割成以比特為單位的串行數(shù)據(jù)流，從而實現(xiàn)在串口線纜中的數(shù)據(jù)傳輸。

    現(xiàn)在幾乎所有的PC機都帶有16550UART用以實現(xiàn)并行數(shù)據(jù)和串行數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換，它的最大數(shù)據(jù)吞吐量為115kbps，這已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)串行設(shè)備的需要了。

    PC16550是國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的通用異步接收/發(fā)送器（UART)芯片，它不僅能把從CPU接收的數(shù)據(jù)進行并-串轉(zhuǎn)換，還能夠把從外圍設(shè)備或MODEM接收到的數(shù)據(jù)進行串-并轉(zhuǎn)換。

    該UART包括一個可編程的波特率產(chǎn)生器，可將輸入的時鐘信號進行分頻，并可產(chǎn)生16倍的時鐘來驅(qū)動內(nèi)部的傳輸邏輯單元。同時它內(nèi)部集成了中斷邏輯，另外通過對其內(nèi)部的寄存器的設(shè)置可以完成相應(yīng)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(tài)寄存器等。因而它可以與大多數(shù)的CPU實現(xiàn)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(fā)送器自帶16字節(jié)的FIFO存儲器，減少了中斷CPU的次數(shù)；

    * 串行數(shù)據(jù)位數(shù)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(chǎn)生數(shù)據(jù)的接收/發(fā)送、線路狀態(tài)等中斷，各中斷的優(yōu)先級可設(shè)定；

    * 可編程波特率產(chǎn)生器；

    * 芯片全部工作狀態(tài)報告功能；

    * 內(nèi)部自診斷功能；

    其典型應(yīng)用電路如圖1所示。

DSP與PC機間串口通信的實現(xiàn)

    在許多DSP的應(yīng)用中需要與PC機進行數(shù)據(jù)交換，使用戶通過PC機上友好的程序界面來控制DSP系統(tǒng)的工作、顯示DSP的運行結(jié)果等。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，傳輸?shù)乃俣鹊目炻⒄`碼率的大小、效率的高低等都影響到整個系統(tǒng)的性能指標，因此如何高速高效的進行數(shù)據(jù)傳輸是不容小視的。前面已經(jīng)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(shù)據(jù)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(yīng)用中測得數(shù)據(jù)傳輸誤碼率較高，系統(tǒng)工作可靠性大受影響。主要是因為8251的響應(yīng)時間較長，不能保證在DSP的讀寫周期內(nèi)準確的將數(shù)據(jù)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(nèi)置FIFO(First-In, First-Out，先進先出），能存儲一定量的數(shù)據(jù)后再給DSP中斷，從而節(jié)省了DSP中斷服務(wù)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(jù)典型應(yīng)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(tǒng)中沒有使用，故相應(yīng)引腳懸空即可。在DSP與PC機串口通信時先要對16550進行設(shè)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*/