TMS320VC54x處理器McBSP接口的設計和實現

以低速語音編解碼系統為例，介紹了TMS320VC54x數字信號處理器的多通道緩沖串口的軟硬件設計，給出了具體的設計思想和實現方法。
關鍵詞：數字信號處理；語音編解碼；接口；TMS320VC54x?

　　模數接口是數字信號處理（DSP）系統中一個重要的組成部分，其設計和實現直接影響到信號處理的質量，許多A／D、D／A轉換芯片都采用并行的數字接口，與DSP接口時需要設計相應的譯碼電路。TMS320VC54x系列芯片配備了多通道帶緩沖能力的串行口（MultichannelBuffered?SerialPort，McBSP），為設計模數接口提供了極大的便利。

　　McBSP具有雙向的自動緩沖單元，緩沖單元有自己的循環尋址寄存器組，用來將串行口和C54x內部存儲器之間數據傳輸的緩存。同時McBSP的功能非常強大，除具有一般DSP串口功能之外，還可以支持T1／E1，ST-BUS，IOM2，SPI，HS等不同標準；為便于進行多通道的數字信號處理，McBSP最多支持128個通道；支持多種數據格式（8／12／16／20／24／32?b）的傳輸；可自動進行語音的μ律、A律壓擴；其工作速率可達到1／2?CPU時鐘速率。這些特性為設計A／D，D／A接口電路提供了很大的靈活性。

　　下面具體以語音編解碼器為例來說明McBSP的設計和實現。
1　語音編解碼系統及McBSP接口的硬件設計
????低速率語音編解碼器是一種能夠將傳統的模擬語音信號（帶寬為0．3～3．4?kHz）實時壓縮編碼成1．2～9．6?kb／s數據比特流，而保持相當語音質量的語音編解碼系統。由于他大大壓縮了傳輸數字語音所需的帶寬，便于實現高保密度的語音通信，因此在語音的保密通信、多媒體通信和移動通信系統中應用十分廣泛。　　如圖1所示，語音采樣芯片TP3067和數字信號處理器TMS320VC5409組成了一個語音編解碼系統。在模擬端口一側，模擬語音輸入采用同相輸入，經過話筒前置放大器（microphone?preamplifier）放大后，從VFxI＋管腳輸入；模擬語音的輸出也采用同相輸出，經過兩級放大后由VPO＋輸出，輸出端可以驅動阻抗為600Ω的揚聲器。
　
? 　TP3067是美國國家半導體（NationalSemicodductor）公司生產的PCM?CODEC芯片，具有串行的I／O接口，供電、功耗低于70?mW，而且具有自動斷電功能，內部設計有性能良好的電源濾波電路，能夠實現A律PCM編碼和解碼。TP3067對話音進行8?kHz采樣，即每0．125?ms一次，每次采樣編成8?b編碼，′C5409接收后，變換成線性的16?b，每20?ms組成1幀，共需TP3067進行160次采樣。TMS320VC5409提供的串行口包括數據輸入BDR，數據輸出BDX，接收時鐘BCLKR，發送時鐘BCLKX，接收同步時鐘BFSR和發送同步時鐘BFSX。TPS3067的幀同步有2步方式（long?frame?sync）。而TMS320VC5409的多通道自動緩沖串口的工作方式，可以通過發送和接收寄存器靈活配置幀長度、幀周期以及接收發送時鐘沿。如圖1所示對接后，只要在系統初始化時正確配置寄存器，就可以保證串行數據的輸入輸出。TP3067數字端口一側，MCLKR／PDN和MCLKX相連，同時相連的還有BCLKR，BCLKX，也就是忽略MCLKR／PDN的POWERUP和POWERDOWN功能，由′VC5409提供接收發送時鐘及同步時鐘。以上2個時鐘的值可以通過軟件設置McBSP控制寄存器SRGR1和SRGR2設定并更改。?

2　系統軟件的設計
2．1　中斷服務程序
　　由于整個語音編解碼系統需要用到串行口中斷以及定時器中斷等多種中斷方式，必須在中斷向量表中說明中斷發生時如何進入中斷服務程序。地址為0x001D的寄存器PMST（Processor?Mode?StaTusRegister）的高9位為中斷向量指針IPTR可以決定向量表的位置。對于C54x，可以任意修改IPTR地址來表示1個128?B的頁，決定中斷向量表的地址。例如，′C5409硬件復位后PMST的15～7?b全為1，所以中斷向量表的位置在0xFF80。初始化時，系統所有的中斷都被屏蔽掉。將中斷向量表映射到程序空間的0x0080，所以修改IPTR為0x01。中斷向量表中每一個中斷矢量有4?B的空間，足夠放2個大小為1?B的延遲跳轉指令和1個2?B的延遲跳轉指令，還有1條1?B的從中斷返回的指令RETE。系統初始化以后，如果允許中斷，將狀態寄存器（ST1）的INTM位置0，中斷屏蔽寄存器（IMR）對應的比特位置1，該中斷就可以響應。中斷產生后，先到中斷矢量表中尋址到該中斷，然后跳轉到中斷服務程序，中斷結束返回到中斷矢量表，再返回到主程序，從中斷發生處繼續向下運行。

2．2　McBSP的軟件設計
　　McBSP在結構上可以分為一個數據通道和一個控制通道。數據通道完成數據的發送和接收，主要是通過數據發送寄存器DXR1／2和數據接收寄存器DRR1／2。控制通道完成的任務包括內部時鐘的產生、幀同步信號產生、對這些信號的控制以及多通道的選擇等。控制通道還負責產生終端信號送往CPU。對′C5409串行口的操作也是通過設置各控制寄存器來進行的。這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；發送控制寄存器XCR1／2；多通道寄存器MCR1／2等。對某一控制寄存器尋址，只能采用加子地址尋址方式，即先將要尋址的寄存器子地址寫入McBSPx的地址寄存器，再將數據寫入McBSPx的數據寄存器。例如要將0x0001寫入McBSP0的接收控制寄存器RCR0，先在地址為0x0038的SPSA0中寫入RCR0的子地址0x0002，再將0x0001寫入地址為0x0039的SPSD0寄存器。

　　McBSP的寄存器初始化應該和系統軟件的初始化一起進行，由于寄存器比較多，通過匯編源代碼，逐行說明串行口初始化軟件的流程。

??? 以上完成了寄存器的設置，在發送和接收數據之前，先將中斷屏蔽寄存器（IMR）的串行發送中斷位BXINT0和串行接收中斷位BRINT0置1，中斷使能，這樣有串行數據在數據發送寄存器DXR1中準備發送時，或數據接收寄存器DRR1接收到數據時，中斷標志寄存器（IFR）的BXINT0或BRINT0位置1。在進入發送中斷服務程序時，主要是將話音數據分割成16?b為1?B，依次送到DXR1中，用一個緩沖區加一個指針就可以實現，發送一幀就將IFR的BXINT0清0；接收中斷服務程序，是將接收的數據緩存，形成160?B的20?ms幀，再送入聲碼器處理，同樣接收1個字就將IFR的BRINT0清零

3　結語?
　　通過以上的設計，實現了低速語音編解碼器，并將他應用于移動通信系統中，聲音效果良好。同時，以上的設計具有一定的通用性，應用于其他目的的數字信號處理時，只需更改一下相應寄存器的值，便可以使用。