DSP系统的通信与控制接口设计

1引言
    在DSP(Digital Signal Processor)系统设计中，通信与控制接口设计占有十分重要的地位，直接影响系统DSP功能的实现。选择合适的微控制器和DSP芯片构造低速率话音编解码DSP系统，不仅可以给DSP系统设计带来一定的灵活性，最大限度地减小系统的硬件体积和实现成本，同时也给系统的通信与控制接口设计创造条件。采用AT89C51和TMS320C548构造低速率话音编解码DSP系统，一方面可以利用AT89C51的异步通信口、I/O引脚及其2个外部中断，实现系统的监控通信接口和信道通信接口。另一方面又可以利用TMS320C548的主处理器并行通信口（HPI），方便地实现系统内部的通信与控制接口，使系统DSP芯片从繁杂的通信与控制中解脱出来，更好地实现系统的DSP功能。低速率话音编解码DSP系统的监控通信接口，可直接选用AT89C51的异步通信口RXD（P3.0）和TXD（P3.1）实现。信道通信接口，则可选取AT89C51的I/O引脚和2个外部中断实现。具体地，可选取话音激活VAD(P2.0)，发送数据使能TXEN（P2.1），发送时钟TCLK（P3.2），发送数据TXD（P2.3），接收数据使能RXEN（P2.2），接收时钟RCLK（P3.3）和接收数据RXD（P2.4），共7根接口线实现。由信道通信接口的数据接收时钟RCLK和数据发送时钟TCLK，分别驱动AT89C51的2个外部中断，通过外部中断，实现信道数据每一比特的发送和接收。再利用AT89C51强大的比特操纵能力，实现DSP系统话音压缩数据传输过程中的帧同步。因此，DSP系统的通信与控制接口设计的重点是实现其系统内部的通信与控制接口设计。

2DSP系统内部通信与控制接口的设计
    DSP系统内部通信与控制接口设计的目标是：解决DSP系统内通信处理机AT89C51与系统DSP芯片TMS320C548之间的话音压缩数据与控制信号的交互问题。可以通过TMS320C548的主处理器并行口HPI实现。接口设计的具体内容包括：

    (1)硬件设计考虑到3.3 V电源供给的TMS320C548与5 V电源供给的AT89C51存在信号电平的差异，需要加入信号电平转换电路，可以采用74FCT16245T实现。具体的信号连接关系，可采用如图1所示的连接方式实现。内部通信与控制接口信号的时序，如图2所示。

    (2)软件设计DSP系统内部通信与控制接口软件设计的目标是：根据通信与控制接口信号的时序关系；接口控制信号与所实现的功能间的关系（见表1）；AT89C51对HPI口各控制寄存器位的操作权限及其所实现的功能（见表2～表4）；由AT89C51实现对HPI口控制寄存器、数据寄存器和地址寄存器控制编程，完成包括话音压缩数据和控制信号数据包的读出与写入，实现AT89C51和TMS320C548间的数据交互。AT89C51占用TMS320C548内部数据单元的地址范围为0x1000H～0x1027H，共40个字。

具体地，AT89C51可以写入TMS320C548内部数据单元的地址范围是0x1000H～0x1013H，读出的地址范围是0x1014H～0x1027H。由于AT89C51对TMS320C548内部数据单元的读写操作，数据单元的地址具有自动后增/预增的功能，因此对TMS320C548内部数据单元进行写操作时，预写入HPI口地址寄存器HPIA的初始化地址是0x0FFFH。对TMS320C548内部数据单元进行读操作时，预写入HPI口地址寄存器HPIA的初始化地址是0x1014H。

    注：AT89C51写访问TMS320C548HPI口控制寄存器HPIC时，写入的先后2个字节要一致。


     AT89C51与TMS320C548构成主从方式的通信关系。其中，AT89C51为主机，TMS320C548为从机。数据交互以数据包的方式进行。数据交换的过程如下：AT89C51将要发送给TMS320C548的数据包放到固定的内部数据单元（地址为：0x1000H～0x1013H），然后置TMS320C548HPI口控制寄存器HPIC的DSPINT位1，通过中断TMS320C548完成数据包的发送。AT89C51接收TMS320C548的数据包，采用查询方式。AT89C51通过写内部数据单元（特定的地址）一个特定的值，然后中断TMS320C548的数据处理，实现查询命令的发出。TMS320C548将要发送给AT89C51的数据包放到内部数据单元0x1014H～0x1027H，然后，置控制线HINT线低电平应答AT89C51的查询。AT89C51通过置TMS320C548HPI口控制寄存器HPIC的HINT位1，恢复HINT控制线高电平，然后从TMS320C548的内部数据单元读取数据。完成一次完整的查询过程。TMS320C548的响应时间小于一个话音帧的数据处理时间。数据包的大小为40 b，其中，4 b用作查询命令的设定和数据包的安全保护。DSP系统内部通信与控制接口的数据处理流程，如图3所示。

    这里给出了AT89C51接收TMS320C548发送数据的程序清单。

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2019-5-21 12:01 上传

3实现与结果

    按上述设计思想设计实现的低速率话音编解码DSP系统的通信与控制接口，在试验板上实现表明：DSP系统内部通信与控制接口的设计是切实可行的，具有一定的实际应用价值。