摘 要：本文根據(jù)系統(tǒng)需要，在信號處理機(jī)和工控機(jī)之間使用雙口SRAM，利用ADSP-21062的可編程FLAG引腳控制雙口SRAM的左右端口高位地址，設(shè)計了高速數(shù)據(jù)交換電路。
關(guān)鍵詞：PC104；雙口SRAM；數(shù)據(jù)交換；CPLD

ADSP-21062是ADI公司的通用DSP芯片，它具有強(qiáng)大的浮點(diǎn)/定點(diǎn)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力和很高的處理速度。多片ADSP-21062可以以多種形式方便地聯(lián)結(jié)成并行處理器系統(tǒng)，適合進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集和處理。本文利用多片ADSP-21062設(shè)計了連續(xù)波雷達(dá)信號處理機(jī)，完成數(shù)據(jù)的處理和檢測，相應(yīng)的數(shù)據(jù)送到工控機(jī)，在顯示器上顯示數(shù)據(jù)處理結(jié)果。如果在ADSP-21062和工控機(jī)之間沒有高速傳輸數(shù)據(jù)的接口，就會在數(shù)據(jù)傳送時造成瓶頸堵塞，從而影響信號處理機(jī)的處理能力。所以ADSP-21062系統(tǒng)與工控機(jī)數(shù)據(jù)交換能力在該信號處理系統(tǒng)中很重要。

數(shù)據(jù)交換量及選定的方案
信號處理系統(tǒng)要求在每兩個采樣周期內(nèi)，ADSP-21062向工控機(jī)傳輸數(shù)據(jù)。每次傳送的數(shù)據(jù)約為1500個16bit字，信號處理系統(tǒng)的A/D采樣頻率為1KHz。因此信號處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率約為1.5Mb/s。
工控機(jī)讀取數(shù)據(jù)的速率也非常重要，必須高于信號處理系統(tǒng)的傳輸率，否則也會影響整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。工控機(jī)采用的是研祥的EC3-1541，帶有串口和并口，以及PC104總線供擴(kuò)展。串口和并口的數(shù)據(jù)傳輸率太低難以滿足系統(tǒng)的要求。工控機(jī)通過PC104總線訪問SRAM時，數(shù)據(jù)吞吐率約為2.5Mb/s，滿足系統(tǒng)要求。所以系統(tǒng)設(shè)計時采用了基于PC104總線的數(shù)據(jù)傳輸方式。
信號處理機(jī)和工控機(jī)通過PC104總線的數(shù)據(jù)傳輸方法有多種。例如，可以采用DMA方法，但是同時只能有一個系統(tǒng)訪問存儲器；還可利用并口鎖存方法傳輸數(shù)據(jù)。但是這兩種方法都不能獲得高數(shù)據(jù)吞吐率。為了解決這個問題，可采用雙口SRAM實現(xiàn)ADSP-21062向工控機(jī)進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。
系統(tǒng)設(shè)計時采用的雙口SRAM可以是16bit或8bit。在本系統(tǒng)采用了8K×16bit的雙口SRAM—IDT7025。系統(tǒng)以16bit的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，相比8bit的方式而言，有更高的數(shù)據(jù)吞吐率。

雙口SRAM的工作原理
雙口SRAM的存儲器陣列，有左右兩套地址和數(shù)據(jù)總線。這樣，位于兩個端口的左右系統(tǒng)可以共享一個存儲單元。當(dāng)兩個端口對雙口SRAM進(jìn)行讀寫時，存在下列可能情況：
a：不同時對相同地址單元讀/寫操作；
b：同時對相同地址單元讀數(shù)據(jù)；
c：同時對相同地址單元寫入數(shù)據(jù)。
IDT7025內(nèi)部有8個獨(dú)立于雙端口存儲單元的鎖存邏輯單元，作為令牌使用，可將空間劃分成1~8個區(qū)段。使用這些單元產(chǎn)生一個使用標(biāo)志，向另一個端口表明正在使用共享的資源。左右端口在使用存取的存儲單元前必須先申請令牌，獲得后才可以訪問相應(yīng)的段。相同的邏輯鎖存單元只能被一個端口使用，直到它使用完釋放為止。這些鎖存單元可以作為工控機(jī)的I/O口或存儲單元，來實現(xiàn)令牌傳送。

ADSP-21062系統(tǒng)與工控機(jī)數(shù)據(jù)交換電路
用雙口SRAM的“/BUSY”信號，可以保證兩個左右端口可靠的完成數(shù)據(jù)的交換。但是兩個端口對相同的地址單元操作時，一個端口要插入等待周期，對于本系統(tǒng)而言，要求很高的數(shù)據(jù)吞吐率，插入等待周期降低了系統(tǒng)的吞吐率。根據(jù)令牌傳送原理，可在ADSP-21062系統(tǒng)和工控機(jī)之間實現(xiàn)較快數(shù)據(jù)傳送。數(shù)據(jù)的吞吐率速率一定程度上和使用雙口SRAM的Semphore數(shù)目有關(guān)，數(shù)目多就能使左右兩個端口同時申請相同段的概率降低，就避免了一方長時間等待令牌。但是左右雙方同時想使用相同段的機(jī)會還是會出現(xiàn)，一方處于等待，這也會導(dǎo)致系統(tǒng)吞吐率下降。
若使左右兩個端口永遠(yuǎn)不對相同的存儲單元進(jìn)行訪問，就能提高系統(tǒng)的吞吐率。不能同時對相同的地址單元進(jìn)行訪問，只要左右兩套地址的總線上的地址永不相同就可以了?；谶@個思想，讓左右兩個端口的位地址AL12和AR12由DSP控制，并且互為相反。ADSP-21062處理器提供了4個可編程的FLAG3-0引腳，F(xiàn)LAG引腳是雙向引腳，它的方向是輸出還是輸入，可以在ADSP-21062中的寄存器中配置。圖1為ADSP-21062系統(tǒng)與工控機(jī)數(shù)據(jù)交換接口電路。FLAG0接雙口SRAM的右邊端口位地址AR12，把FLAG0反向后接AL11。就把雙口SRAM分為上下4K×16bit的兩個區(qū)，工控機(jī)和ADSP-21062對雙口SRAM進(jìn)行的地址空間為4K。當(dāng)FLAG0=1時，ADSP-21062向雙口SRAM的高半?yún)^(qū)寫數(shù)據(jù)，而工控機(jī)可以從雙口SRAM的低半?yún)^(qū)讀數(shù)據(jù)；反之，當(dāng)FLAG0=0時，ADSP-21062向雙口SRAM的低半?yún)^(qū)寫數(shù)據(jù)，而工控機(jī)可以從雙口SRAM的高半?yún)^(qū)讀數(shù)據(jù)?？梢?，工控機(jī)和ADSP-21062對雙口SRAM的訪問永遠(yuǎn)不會發(fā)生沖突。
使用一片CPLD可編程邏輯器件EPM7128S-15實現(xiàn)雙口SRAM譯碼片選信號以及I/O地址選擇，地址和數(shù)據(jù)選通信號。ADSP-21062的引腳FLAG2為輸入腳，工控機(jī)把FLAG2作為一個I/O口對待。FLAG2占用工控機(jī)的一個I/O地址，把工控機(jī)A0~A9、/IOW和D0引入CPLD，在CPLD內(nèi)部進(jìn)行地址譯碼和I/O寫信號，鎖存數(shù)據(jù)實現(xiàn)向FLAG2腳寫數(shù)據(jù)。

電路設(shè)計中應(yīng)注意的問題及程序流程
圖1中，工控機(jī)和雙口SRAM的地址總線連接要特別注意。工控機(jī)和PC機(jī)一樣，每個地址對應(yīng)的存儲單元只能存儲一個字節(jié)的數(shù)據(jù)。若把工控機(jī)和雙口SRAM的地址總線對應(yīng)連接，即A11~A0分別和AL11~AL0連接，這會導(dǎo)致雙口SRAM的一半空間不能被工控機(jī)訪問。解決這個問題的方法是：使工控機(jī)只訪問偶地址，即工控機(jī)的A12~A1和雙口SRAM的AL11~AL0對應(yīng)連接。8K字的雙口SRAM地址位由DSP控制，分成了上下兩個區(qū)，每區(qū)4K字節(jié)。DSP和工控機(jī)地址總線區(qū)分上下兩個區(qū)，4K字節(jié)的雙口SRAM映射到工控機(jī)系統(tǒng)內(nèi)存的某一空間，占用8K字的地址空間。工控機(jī)對雙口SRAM的訪問采用16位方式，只對偶地址讀寫。FLAG2占用一個I/O口地址，它只需一根數(shù)據(jù)線，故采用8位I/O端口寫方式。
ADSP-21062以DMA方式向雙口SRAM寫數(shù)據(jù)，DMA完成后，查詢輸入FLAG2腳，若為真，把FLGA0輸出反向，同時通過編程FLAG1啟動工控機(jī)的中斷IRQ5，通知工控機(jī)讀取數(shù)據(jù)，否則繼續(xù)查詢直到為真。圖2和圖3給出了ADSP-21062和工控機(jī)數(shù)據(jù)傳輸方面的程序流程圖。DSP向雙口SRAM寫完一個區(qū)的數(shù)據(jù)后，要查詢FLAG2引腳，看是否數(shù)據(jù)已被讀走。所設(shè)計的信號處理系統(tǒng)是由多片DSP組成的并行系統(tǒng)，與工控機(jī)聯(lián)系的DSP是其中的一片，它負(fù)責(zé)部分?jǐn)?shù)據(jù)處理和向雙口SRAM傳輸數(shù)據(jù)。該片DSP通知工控機(jī)讀取數(shù)據(jù)后，等待其它的DSP向它發(fā)送數(shù)據(jù)并把接收到的數(shù)據(jù)做相應(yīng)處理寫入雙口SRAM，根據(jù)前面分析工控機(jī)讀取數(shù)據(jù)的能力，在這段時間內(nèi)工控機(jī)應(yīng)該讀走了數(shù)據(jù)。因此，DSP查詢FLAG2引腳時間極短。該方法可以實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)吞吐率。雖然使用雙口SRAM本身的Semphore也可實現(xiàn)相應(yīng)的功能，但是在雙口SRAM的兩端都要為Semphore分配地址空間，這增加了電路的復(fù)雜性。

結(jié)語
本文借助雙口SRAM實現(xiàn)了ADSP-21062與工控機(jī)數(shù)據(jù)交換電路，滿足系統(tǒng)需要。該方法數(shù)據(jù)傳輸率高、電路簡單、可靠性高?！?/P>

參考文獻(xiàn)
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[6] Analog Device inc. ADSP-21062 datasheet
[7]ADSP SHARC系列DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計. 電子工業(yè)出版社，2003.2
[8]IDT7025 Data Sheet. IDT