TMS320VC54x处理器McBSP接口的设计和实现

以低速语音编解码系统为例，介绍了TMS320VC54x数字信号处理器的多通道缓冲串口的软硬件设计，给出了具体的设计思想和实现方法。
关键词：数字信号处理；语音编解码；接口；TMS320VC54x 

 

　　模数接口是数字信号处理（DSP）系统中一个重要的组成部分，其设计和实现直接影响到信号处理的质量，许多A／D、D／A转换芯片都采用并行的数字接口，与DSP接口时需要设计相应的译码电路。TMS320VC54x系列芯片配备了多通道带缓冲能力的串行口（MultichannelBuffered SerialPort，McBSP），为设计模数接口提供了极大的便利。

　　McBSP具有双向的自动缓冲单元，缓冲单元有自己的循环寻址寄存器组，用来将串行口和C54x内部存储器之间数据传输的缓存。同时McBSP的功能非常强大，除具有一般DSP串口功能之外，还可以支持T1／E1，ST-BUS，IOM2，SPI，HS等不同标准；为便于进行多通道的数字信号处理，McBSP最多支持128个通道；支持多种数据格式（8／12／16／20／24／32 b）的传输；可自动进行语音的μ律、A律压扩；其工作速率可达到1／2 CPU时钟速率。这些特性为设计A／D，D／A接口电路提供了很大的灵活性。

　　下面具体以语音编解码器为例来说明McBSP的设计和实现。
1　语音编解码系统及McBSP接口的硬件设计
    低速率语音编解码器是一种能够将传统的模拟语音信号（带宽为0．3～3．4 kHz）实时压缩编码成1．2～9．6 kb／s数据比特流，而保持相当语音质量的语音编解码系统。由于他大大压缩了传输数字语音所需的带宽，便于实现高保密度的语音通信，因此在语音的保密通信、多媒体通信和移动通信系统中应用十分广泛。　　如图1所示，语音采样芯片TP3067和数字信号处理器TMS320VC5409组成了一个语音编解码系统。在模拟端口一侧，模拟语音输入采用同相输入，经过话筒前置放大器（microphone preamplifier）放大后，从VFxI＋管脚输入；模拟语音的输出也采用同相输出，经过两级放大后由VPO＋输出，输出端可以驱动阻抗为600Ω的扬声器。
　
  　TP3067是美国国家半导体（NationalSemicodductor）公司生产的PCM CODEC芯片，具有串行的I／O接口，供电、功耗低于70 mW，而且具有自动断电功能，内部设计有性能良好的电源滤波电路，能够实现A律PCM编码和解码。TP3067对话音进行8 kHz采样，即每0．125 ms一次，每次采样编成8 b编码，′C5409接收后，变换成线性的16 b，每20 ms组成1帧，共需TP3067进行160次采样。TMS320VC5409提供的串行口包括数据输入BDR，数据输出BDX，接收时钟BCLKR，发送时钟BCLKX，接收同步时钟BFSR和发送同步时钟BFSX。TPS3067的帧同步有2步方式（long frame sync）。而TMS320VC5409的多通道自动缓冲串口的工作方式，可以通过发送和接收寄存器灵活配置帧长度、帧周期以及接收发送时钟沿。如图1所示对接后，只要在系统初始化时正确配置寄存器，就可以保证串行数据的输入输出。TP3067数字端口一侧，MCLKR／PDN和MCLKX相连，同时相连的还有BCLKR，BCLKX，也就是忽略MCLKR／PDN的POWERUP和POWERDOWN功能，由′VC5409提供接收发送时钟及同步时钟。以上2个时钟的值可以通过软件设置McBSP控制寄存器SRGR1和SRGR2设定并更改。 

2　系统软件的设计
2．1　中断服务程序
　　由于整个语音编解码系统需要用到串行口中断以及定时器中断等多种中断方式，必须在中断向量表中说明中断发生时如何进入中断服务程序。地址为0x001D的寄存器PMST（Processor Mode StaTusRegister）的高9位为中断向量指针IPTR可以决定向量表的位置。对于C54x，可以任意修改IPTR地址来表示1个128 B的页，决定中断向量表的地址。例如，′C5409硬件复位后PMST的15～7 b全为1，所以中断向量表的位置在0xFF80。初始化时，系统所有的中断都被屏蔽掉。将中断向量表映射到程序空间的0x0080，所以修改IPTR为0x01。中断向量表中每一个中断矢量有4 B的空间，足够放2个大小为1 B的延迟跳转指令和1个2 B的延迟跳转指令，还有1条1 B的从中断返回的指令RETE。系统初始化以后，如果允许中断，将状态寄存器（ST1）的INTM位置0，中断屏蔽寄存器（IMR）对应的比特位置1，该中断就可以响应。中断产生后，先到中断矢量表中寻址到该中断，然后跳转到中断服务程序，中断结束返回到中断矢量表，再返回到主程序，从中断发生处继续向下运行。

2．2　McBSP的软件设计
　　McBSP在结构上可以分为一个数据通道和一个控制通道。数据通道完成数据的发送和接收，主要是通过数据发送寄存器DXR1／2和数据接收寄存器DRR1／2。控制通道完成的任务包括内部时钟的产生、帧同步信号产生、对这些信号的控制以及多通道的选择等。控制通道还负责产生终端信号送往CPU。对′C5409串行口的操作也是通过设置各控制寄存器来进行的。这些控制寄存器有串行口控制寄存器SPCR1／2；接收控制寄存器RCR1／2；发送控制寄存器XCR1／2；多通道寄存器MCR1／2等。对某一控制寄存器寻址，只能采用加子地址寻址方式，即先将要寻址的寄存器子地址写入McBSPx的地址寄存器，再将数据写入McBSPx的数据寄存器。例如要将0x0001写入McBSP0的接收控制寄存器RCR0，先在地址为0x0038的SPSA0中写入RCR0的子地址0x0002，再将0x0001写入地址为0x0039的SPSD0寄存器。

　　McBSP的寄存器初始化应该和系统软件的初始化一起进行，由于寄存器比较多，通过汇编源代码，逐行说明串行口初始化软件的流程。

    以上完成了寄存器的设置，在发送和接收数据之前，先将中断屏蔽寄存器（IMR）的串行发送中断位BXINT0和串行接收中断位BRINT0置1，中断使能，这样有串行数据在数据发送寄存器DXR1中准备发送时，或数据接收寄存器DRR1接收到数据时，中断标志寄存器（IFR）的BXINT0或BRINT0位置1。在进入发送中断服务程序时，主要是将话音数据分割成16 b为1 B，依次送到DXR1中，用一个缓冲区加一个指针就可以实现，发送一帧就将IFR的BXINT0清0；接收中断服务程序，是将接收的数据缓存，形成160 B的20 ms帧，再送入声码器处理，同样接收1个字就将IFR的BRINT0清零

3　结语 
　　通过以上的设计，实现了低速语音编解码器，并将他应用于移动通信系统中，声音效果良好。同时，以上的设计具有一定的通用性，应用于其他目的的数字信号处理时，只需更改一下相应寄存器的值，便可以使用。