基于TMS320C6713的McBSP和EDMA实现串口通信

 针对TI公司的DSP芯片TMS320C6713，利用片上同步多通道缓冲串行口(McBSP)和增强型直接存储器存取(EDMA)实现了串口通信功能。该方案解决了芯片只有同步串口而不能进行异步传输的问题，丰富了接口功能。
　　关键词： TMS320C6713；多通道缓冲串行口；增强型直接存储器存取；串口通信

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　　数字信号处理器因其高性能及强大的数据处理能力，而在通信和信号处理、自动控制等领域得到越来越广泛的应用。TMS320C6713(简称C6713)作为TI公司TMS320C6000系列的DSP，经常被用于图像、语音处理等方面。在大多数应用系统中，往往需要实现DSP与PC机或者其他外设之间的异步串行通信。但C6713所提供的串口是同步串口，并不支持通用异步串行收发器标准^[1-2]。本文设计了一种利用C6713已有的同步串口McBSP与EDMA实现异步串口通信的方法^[3]。
1 硬件接口电路设计
　　C6713有两个McBSP(McBSP0，McBSP1)口，每个端口有7 个引脚，除数据收发引脚(DX、DR) 之外，还包括发送时钟(CL KX)、接收时钟(CL KR)、发送帧同步(FSX)、接收帧同步(FSR)和外部输入时钟(CL KS)等引脚，分别用于传送数据、时钟和帧同步，实现同步串行通信。
　　当McBSP工作在串行口方式时，McBSP与串口的连接图如图1所示。对于McBSP 而言，不论外部如何连接，始终认为工作在同步方式下。当串口发送的数据中有帧信息和数据信息时，串口的TxD与McBSP的DR、FSR相连，就可以将数据线上的电平跳变直接引入到FSR端；当FSR检测到数据线上一帧的第一个下跳沿时，McBSP认为帧同步信号到来。

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2 C6713上的程序设计
　　为了实现 McBSP与UART通信，本文使用过采样的方法将同步串口模拟成异步串口进行通信，即将 McBSP发送接收数据的时钟频率设置为UART发送接收波特率的16倍。当McBSP发送数据时，软件将每一位扩展为16 bit发送出去，即1被编码为Oxffff,0被编码为0x0000；当McBSP接收数据时，软件同样也要将接收到的每个16 bit字解码还原为1 bit。这样做使同步串口以比特为单位发送数据，可以很方便地模拟出异步串口的数据格式。同时，为了让DSP不需要频繁地对McBSP进行读/写操作，采用EDMA方式发送接收数据，提高了DSP的工作效率。McBSP与数据缓存之间的数据传送由EDMA的通道14和通道15完成。通道14完成数据发送，通道15完成数据接收。
2.1 初始化程序
　　初始化程序流程如图2所示。在初始化程序中主要对McBSP及EDMA的一些参数进行设置。

　　假设传输以8IN1的格式，发送接收都设为双相帧模式，第一相是开始位和8个数据位，第二相是停止位。停止位编码为8 bit字，以便于调整为1.5 bit停止位。应该对McBSP相关寄存器位的值初始化，以及EDMA进行相应操作[４]。
2.1.1 McBSP的参数配置
　　(1)引脚控制寄存器（PCR）的配置
　　FSXM=1 FSXP=1：允许采样率发生器产生低电平有效的起始位；
　　FSRM=0 FSRP=1：低电平有效的起始位用作McBSP 的接收帧同步输入端；
　　CLKRM=1 CLKXM=1：用内部采样率发生器产生串行时钟；
　　PCR的值为0xB0C。
　　(2)接收/发送控制寄存器(RCR/XCR）的配置
　　(R/X)PHASE=1：使能双相位帧传输模式；
　　(R/X)FRLEN1=8：数据帧的前半部为9个字；
　　(R/X)FRLEN2=1：数据帧的后半部为2个字；
　　(R/X)WDLEN1=2：数据帧的前半部均为16 位的字；
　　(R/X)WDLEN2=0：数据帧的后半部均为8位的字；
　　(R/X)COMPAND=0：不进行压缩；
　　(R/X)FIG=1：忽略帧同步的数据传输；
　　(R/X)DATDLY=0：数据传输不延迟；
　　RCR和XCR的值都为0x11040840。
　　(2)采样率发生器寄存器（SRGR）的配置
　　FSGM=0：当数据从DXR向XSR拷贝时产生接收帧同步信号；
　　CLKSM=1：采样率发生器的时钟来源于内部CPU时钟信号；
　　CLKGDV=（McBSP的时钟频率）/(16×波特率)-1，时钟频率必须进行适当的配置，以便产生16 倍波特率的频率。本文采用的C6713的CPU时钟频率为225 MHz，McBSP的时钟频率为112.5 MHz，波特率为57 600 b/s。此时计算得到CLKGDV=121；SRGR的值为0x20000079。
2.1.2 EDMA的设置
　　(1)打开通道：采用CSL中的EDMA_open函数打开相应的通道，返回值赋给hEdma14、hEdma15。设置如下：
　　hEdma14=EDMA_open(EDMA_CHA_XEVT1，EDMA_OPEN_
RESET)；
　　hEdma15=EDMA_open(EDMA_CHA_REVT1，EDMA_OPEN_
RESET)；
　　(2)分配链接表地址
　　采用CSL中的EDMA_allocTable(-1)函数，系统将自动随机地在参数RAM中专门为链接提供的地址空间内分配一个地址作为链接使用。函数的返回值就是分配到的地址，把它分别赋值给hEdmaLINK与hEdmaLINK2。设置如下：
　　hEdmaLINK=EDMA_allocTable(-1)；
　　hEdmaLINK2=EDMA_allocTable(-1)；
　　设置源和目的地址：CSL中方便地提供了一个获得McBSP的DRR和DXR寄存器的地址函数。只需要定义一个句柄MCBSP_Handle hMcbsp1，在主程序中必须先对hMcbsp1进行赋值，利用MCBSP_open函数打开一个McBSP通道，如：
　　hMcbsp1=MCBSP_open(MCBSP_DEV1，MCBSP_OPEN_RESET)；
　　定义完hMcBSP1后就可以把hMcBSP1作为参数带入MCBSP_getXmtAddr函数。引用结构体成员，就能对其赋值：
　　edmaXmitParam.dst=MCBSP_getXmtAddr(hMcbsp1)；
　　edmaRcvParam.src=MCBSP_getRcvAddr(hMcbsp1)；
　　(3)配置EDMA链接
　　根据CSL中提供的函数，采用以下方法进行链接：
　　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通道与关闭
　　采用CSL提供的库函数进行使能EDMA通道：
　　EDMA_enableChannel(hEdma14)；
　　EDMA_enableChannel(hEdma15)；
　　同时，在EDMA使用完之后要用如下语句对其复位及关闭操作。
　　EDMA_RSET(CIER,0x0)；
　　EDMA_close(hEdma14)；
　　EDMA_close(hEdma15)；?
2.2 发送子程序
　　发送时，用发送转换子程序void ProcessTransmitData(void)把一块数据转变为UART发送的字，即扩展每个数据位为 16 bit的字。发送转换子程序把这个发送字块放人发送缓冲器，并且帧开始位(0x0000)和停止位(0xffff)也放在了特定的位置。发送子程序框图如图3所示。

2.3 接收子程序及容错程序
　　接收时，EDMA从 DRR寄存器中读取扩展的数据，并把数据写人接收缓冲区。当 EDMA将所有数据移人接收缓冲区后，会发出中断给 CPU，然后软件才调用接收转换子程序void ProcessReceive-Data(void)，把接收到的数据进行解码。接收子程序框图如图4所示。

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　　值得注意的是：由于McBSP在接收数据过程中使用的是内部时钟方式，接收的数据可能会有一定的偏移量，所以解码过程应对数据进行容错处理。调用一个数据逻辑判断子程序unsigned short vote logic(unsigned short value)，用以确定每一个数据位的值，每解码一个字时该函数先屏蔽掉高6位和低6位，只检测中间的4 bit数据；当等于1011、1100、1101、1110、1111、0111时，对应解码为“1”，否则为“0”。
3 PC机程序设计
　　本方案利用PC机与C6713进行串行通信。下传时通过对数据文件读取，将数据传入DSP；上传时在主机端把数据写入文件进行保存。PC机软件采用VC++平台开发，其中包括以下几部分功能^[5]：
　　(1)串口初始化。采用CreateFile( )函数获得串口设备的句柄，利用SetupComm( )函数设置缓冲区，并使用SetCommState( )重新初始化串口；
　　(2)串口读写：调用ReadFile( )函数进行串口数据接收，调用WriteFile( )函数进行串口数据发送；
　　(3)关闭串口：利用PurgeComm( )停止收发数据，清除缓冲区，调用CloseHandle(hCom)关闭串口设备句柄。
　　在进行批量数据传输，例如静态图像传输时，还规定了主机与从机双方必须共同遵守一些协议，包括控制命令、数据收送、超时重发等协议来完成通信，确保数据发送的完整性。
4 传输性能分析
??? 将系统应用于静态图像压缩应用，以传输图像为例，下载一幅256×256的BMP图像，上传压缩后的JPEG图像，一次传输的缓存区设置为2 048 B。先来讨论下载过程中的实际用时，实际下载时间=数据传输时间+程序运行时间。图像下载的理论用时可以用下式来表示：
　　

　　估算结果表明，实际用时大约是理论用时的1.5倍。对于实际用时大于理论用时并不难理解，实际下载时间=数据传输时间+程序运行时间。其中，程序运行时间又包括串口缓冲区的读写时间以指令执行时间。这里的缓冲区读写时间是双方面的，包括上位机与DSP。在VC++中，由于使用的是MsCommon控件，在接收数据包时，这个控件通常用于传输控制命令，并不适用于做大量数据通信，需要手动进行延时350 ms才能完整地收到大小为2 048的数据包。这里的350 ms包括了等待每一帧2 048数据传输的时间0.28 s加上VC++中读缓冲区的延时时间。对于下载来说，图像大小正好是2 048的整数倍，可分为96次来传输。对于上传JPEG数据流来说，压缩后实际大小是8 455 B，并且4.13，但程序中可分为5次来传输。因此实际传输时间是5×0.28=1.4 s，再加上延时间与代码执行时间就大概符合实际测试的2.2 s。
　　通过C6713的McBSP和EDMA实现异步串行通信。目前，已经完成了软硬件调试，并已将它应用静态图像数据的传输。试验结果表明，该方法硬件结构简单可靠，基本满足实时性要求，取得了很好的效果，具有一定的应用价值。

参考文献
[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] 任丽香，马淑芬，李方慧．TMS320C6000系列DSPs的原理与应用[M]．北京：电子工业出版社，2000．
[5] 龚建伟，熊光明．VC++/Turbo C串口通信编程实践[M]．北京：电子工业出版社，2004.