ＰＣＩ總線在雙譜段探測系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要：PCI是DSP應(yīng)用系統(tǒng)與通用計(jì)算機(jī)高速通信的理想接口。介紹了一種雙譜段探測系統(tǒng)的PCI接口方案，該方案采用TI公司的TMS320F2812 DSP作為控制單元主控芯片，采用Cypress公司PCIDP系列的CY7C09449PV作為PCI接口芯片，具有接口簡單方便易于實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)。詳細(xì)討論了CY7C09449PV與TMS320F2812的硬件連接、參數(shù)配置與時(shí)序分析。

關(guān)鍵詞：DSP；PCI總線；I2C；TMS320F2812

中圖法分類號(hào)：TN247 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-3695(2006)10-0198-02

Application of PCI Bus in Dualspectrum Detection System

YU Xiao1，2，3， YAN Feng1，ZHANG Qiue4， SUI Yongxin1， Yang Huaijiang1

(1. State Key Laboratory of Applied Optics， Changchun Institute of Optics， Fine Mechanics Physics， Chinese Academy of Sciences， Changchun Jilin 130033， China;2.School of Graduate， Chinese Academy of Sciences， Beijing100049， China;3. Aviation University of Air Force， Changchun Jilin 130022， China;4.Changchun University of Science Technology， Changchun Jilin 130022， China)

Abstract: PCI is an ideal interface for highspeed communication between DSP application system and general computer. A scheme of Dualspectrum detection system with PCI interface has been developed， in which the CY7C09449PV of Cypress PCIDP family is used as PCI interface chip， and TMS320F2812 of TI Company is used as maincontrol chip for the control unit of the system. The hardware connection between CY7C09449PV and TMS320F2812， parameter configuration and timing analysis is discussed.

Key words: DSP; PCI Bus; I2C;TMS320F2812

在電子行業(yè)中，絕緣子的缺陷、導(dǎo)體的破損或污染會(huì)導(dǎo)致高壓電力設(shè)備的電暈放電，因此可以通過檢測電暈的位置來定位上述故障點(diǎn)。一般而言，電暈放電在可見光波段的能量非常微弱，而在紫外波段則相對較強(qiáng)，但是單獨(dú)使用紫外探測器卻無法對獲得可見光圖像進(jìn)行定位。為此設(shè)計(jì)了一種雙譜段探測系統(tǒng)用于電暈的檢測與定位，如圖1所示。系統(tǒng)利用兩臺(tái)相機(jī)采集圖像，其中一臺(tái)是紫外像增強(qiáng)CCD，另一臺(tái)為可見光相機(jī)。將兩相機(jī)的視場重合，則利用紫外相機(jī)檢測電暈，利用可見光相機(jī)進(jìn)行定位。圖像采集單元主要完成圖像的采樣和傳輸；控制單元主要完成對圖像采集單元的控制和與PC機(jī)的數(shù)據(jù)交互；PCI接口芯片實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與PC機(jī)的接口；在PC機(jī)的中完成雙譜段圖像的融合、分析和人機(jī)交互等。本文詳細(xì)討論了上述系統(tǒng)與PC機(jī)的接口問題，它以TMS320F2812作為控制單元主控芯片，以CY7C09449PV作為PCI接口芯片，可方便地實(shí)現(xiàn)雙譜段探測系統(tǒng)與PC機(jī)的通信。

1 主控芯片及PCI接口芯片概述

Cypress公司推出的PCIDP系列芯片中CY7C09449PV（簡稱09449）PCI接口控制芯片[1]，內(nèi)部集成了16KB雙口SRAM，兼容3V和5V的PCI總線信號(hào)，突發(fā)DMA傳輸數(shù)率達(dá)到132Mbps，局部總線支持50MHz的工作頻率，并且可以與多種通用微處理器直接接口。16KB的雙口SRAM既可被局部總線訪問又可同時(shí)被PCI總線訪問。通過局部總線或PCI總線均可以發(fā)起DMA傳輸，實(shí)現(xiàn)大塊數(shù)據(jù)的突發(fā)傳輸，DMA傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)塊達(dá)16KB。09449內(nèi)的四個(gè)FIFO存儲(chǔ)單元同樣可以被PCI總線與局部總線訪問，當(dāng)啟用I2O消息功能時(shí)，四個(gè)FIFO單元與I2O中斷寄存器共同實(shí)現(xiàn)I2O消息的傳遞。09449內(nèi)的郵箱寄存器和仲裁標(biāo)志也用來實(shí)現(xiàn)09449的PCI總線與局部總線之間的相互通信。09449的I2C串口用來從串行E2PROM中讀取09449的初始化參數(shù)，這些參數(shù)是PCI配置參數(shù)和局部總線接口的設(shè)置內(nèi)容。

TI公司最新推出的TMS320F28xx系列DSP芯片TMS320F2810和TMS320F2812（簡稱F2812），可用于各種數(shù)字伺服控制和嵌入式控制系統(tǒng)，是迄今為止用于數(shù)字控制領(lǐng)域性能最好的32位定點(diǎn)DSP系列芯片[2]。F2812的最高頻率為150MHz，指令周期為6.67ns，18KB的RAM，128KB的Flash，事件管理EVA和EVB包括通用時(shí)鐘、PWM信號(hào)發(fā)生器、CAP和QEP，看門狗定時(shí)器，16路12位的A/D轉(zhuǎn)換，三個(gè)32位的CPU時(shí)鐘，14個(gè)CPU內(nèi)核中斷，三個(gè)外部中斷，96個(gè)外設(shè)中斷，靜態(tài)CMOS特性，內(nèi)核電壓為1.8V，I/O為3.3V，串口外設(shè)包括eCAN，McBSP，SPI，SCIA，SCIB。

2 硬件實(shí)現(xiàn)方案

2．1 雙譜段探測系統(tǒng)硬件框圖

整個(gè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。TPS70151是電源管理芯片，提供F2812所需的＋1.8V電壓及測試板需要的3.3V，5V電壓。24C02是E2PROM，其中存放PCI配置參數(shù)和局部總線接口的設(shè)置等信息。設(shè)計(jì)PCB板時(shí)應(yīng)注意，因09449工作在33M時(shí)鐘，為了進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸，PCB板應(yīng)盡量設(shè)計(jì)為四層以上；09449應(yīng)盡量靠近PCI插槽，濾波電容不低于0.1μF；09449到PCI插槽的數(shù)據(jù)線不能過長。09449與24C02和PCI接口的連接詳見文獻(xiàn)[1，3]，F(xiàn)2812與JTAG口的連接詳見文獻(xiàn)[2]，下面僅對09449與F2812的互連加以討論。

2．2 接口引腳連接

09449與F2812互連接口如圖3所示，采用F2812的ZCS2＃引腳作為09449的片選，以便將09449的SRAM地址映射到F2812的Zone 2地址空間上；因F2812僅提供16位的外部數(shù)據(jù)接口，將09449的DQ0～DQ15與F2812的D0～D15相連，DQ16～DQ31接地；為了使09449與F2812同步，將09449的CLKIN時(shí)鐘輸入端與F2812的時(shí)鐘輸出CLOCKOUT相連；由于F2812的外部接口時(shí)鐘可有150MHz、75MHz和37.5MHz三種配置，而09449LOCAL端的時(shí)鐘最高僅為50MHz，所以F2812要使用37.5MHz的外部時(shí)鐘配置；因?yàn)镈SP采用16位的數(shù)據(jù)線訪問09449，由文獻(xiàn)[1]將BE0＃，BE1＃接地，將BE2＃上拉，將DSP地址的最小意義位即A0接BE3＃。

2．3 用24C02配置09449

09449中有許多寄存器，具體應(yīng)用時(shí)并不完全都要進(jìn)行配置，主要是設(shè)置一些與具體功能相關(guān)的寄存器，如09449的32位本地總線配置寄存器LBUSCFG必須配置以支持F2812的外部總線體系結(jié)構(gòu)。這些配置信息將在上電時(shí)從24C02 E2PROM中通過09449的I2C接口或從主機(jī)通過PCI系統(tǒng)總線被加載，本方案采用前者。局部總線的設(shè)置由09449的局部總線接口上的字節(jié)使能信號(hào)BE#[3∶0]和LBUSCFG中的字節(jié)使能模式共同完成，根據(jù)BE#[3∶0]的不同，數(shù)據(jù)位寬可以是8位、16位或32位，這里將數(shù)據(jù)總線設(shè)置為通用模式的16位總線，并按與F2812接口的控制邏輯配置LBUSCFG，最后本地總線配置寄存器的值為LBUSCFG＝0x010920，詳細(xì)說明如表1所示。

2．4 時(shí)序分析

09449對本地總線接口時(shí)序有明確的要求(圖4和表2)。圖4中的時(shí)鐘輸入為F2812的外部輸出時(shí)鐘(XCLKOUT)，圖中標(biāo)注的參數(shù)要符合表2中最大和最小邊界的限定。F2812的外部接口(XINF)時(shí)序可通過編程的方法來滿足其外圍設(shè)備對時(shí)序的要求[4]。因此需要正確地對F2812的XINF時(shí)序進(jìn)行編程，以滿足09449對本地總線接口的時(shí)序要求。

表2 測試板時(shí)序參數(shù)

F2812的XINF被映射到五個(gè)固定的Zone區(qū)中，每個(gè)Zone有一片選信號(hào)。09449被映射到Zone 2上，因而使用Zone 2片選信號(hào)。我們通過設(shè)置與Zone 2有關(guān)的寄存器來達(dá)到09449所要求的時(shí)序。涉及到的寄存器有SYSCLKOUT，XCLKOUT，XINTCNF2和XTIMING2。SYSCLKOUT等于150MHz，為F2812主頻；XINTCNF2的XTMCLK位置1，CLKMODE位置1；根據(jù)公式XCLKOUT=SYSCLKOUT/(XINTCNF2.XTMCLK+1)/(XINTCNF2.CLKMODE+1)算得XCLKOUT為37.5MHz，而TLOCAL=1/XCLKOUT=26.67ns滿足表2要求；XTIMING2寄存器配置如下：

/* Begin of XTIMING2 Configuration */

…

XTIMING2.X2TIMING=0;//不乘2

XTIMING2.READYMODE=1;//異步模式

XTIMING2.USEREADY=1;//XREADY失效

XTIMING2.XRDLEAD=3;//讀Lead值

XTIMING2.XRDACTIVE=4;//讀Active值

XTIMING2.XRDTRAIL=2;//讀Trail值

XTIMING2.XWRLEAD=2;//寫Lead值

XTIMING2.XWRACTIVE=4;//寫Active值

XTIMING2.XWRTRAIL=2;//寫Trail值

…

/* End of XTIMING2 Configuration*/經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，F(xiàn)2812的XINF經(jīng)編程后可正確讀寫09449 SRAM中的數(shù)據(jù)，經(jīng)示波器實(shí)際測量達(dá)到了表2中09449對本地總線接口的時(shí)序要求。

3 軟件驅(qū)動(dòng)方法

雙譜段探測系統(tǒng)的控制單元與PC機(jī)通信時(shí)需要兩部分程序的支持：①F2812內(nèi)部的DSP程序，采用TI公司的CCS2000軟件開發(fā)工具編寫，該程序通過DSP編程燒寫入芯片內(nèi)部的Flash中，當(dāng)F2812脫離仿真器后，會(huì)將Flash中的程序裝載入內(nèi)部RAM執(zhí)行。由于本文僅關(guān)注系統(tǒng)的PCI接口相關(guān)內(nèi)容，作為測試目的，DSP程序的功能較簡單，只是將主機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)不做任何處理再發(fā)送回去的簡單處理過程。②09449芯片的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和主機(jī)的應(yīng)用程序。采用Windows 2000 DDK和NuMega公司的Driver Studio 2.5來編寫Windows 2000下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序；主機(jī)的應(yīng)用程序采用VC++編寫，完成對系統(tǒng)控制單元的數(shù)據(jù)發(fā)送、接收和顯示等功能。

PC機(jī)與F2812的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方法，即FIFO和DMA。FIFO可以保證順序傳輸，但傳輸效率低，適用于速率要求較低的應(yīng)用；DMA能充分利用PCI總線的突發(fā)傳輸能力，適用于速度要求較高的情況[5]。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得F2812與PC機(jī)采用DMA方式傳輸數(shù)據(jù)的速率可達(dá)80.64Mbps。

4 小結(jié)

本文利用TI公司的F2812 DSP、Cypress公司的09449芯片實(shí)現(xiàn)了雙譜段探測系統(tǒng)控制單元與PC機(jī)的接口，經(jīng)實(shí)際使用，有以下幾方面特點(diǎn)：①PCI接口是一種通用的PC機(jī)外設(shè)接口，目前各廠商出品的個(gè)人計(jì)算機(jī)均配置了2～3個(gè)冗余的PCI接口，因此適用范圍廣泛；②此接口方案同樣適合雙譜段探測系統(tǒng)以外的各種高速數(shù)據(jù)傳輸場合的應(yīng)用；③高速數(shù)據(jù)交換一般采用FIFO作緩沖，價(jià)格較貴，采用09449內(nèi)部的雙口SRAM可降低成本，并且從此接口的設(shè)計(jì)可以看出，硬件設(shè)計(jì)簡單方便。

參考文獻(xiàn)：

［1］CY7C09449PVAC 128KB DualPort SRAM with PCI BUS Controller Data Manual[R].Cypress Semiconductor Corporation，2002．1-47．

［2］TMS320F2812 Digital Signal Processors Data Manual[R]. Texas Instruments Incorporated，2004．11-25．

［3］CY7C09449PV/TMS320LC31 Interconnection[R].Cypress Semiconductor Corporation，2000．1-6．

［4］TMS320F28x External Interface (XINTF) Peripheral Reference Guide[R]. Texas Instruments Incorporated，2002．6-26．

［5］PCIDP:Programming BUS Master DMA Transfers[R]. Cypress Semiconductor Corporation，1995．211．

作者簡介：

于曉(1973-)，男，吉林通化人，講師，博士研究生，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)；閆豐(1975-)，男，吉林長春人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樾畔⑷诤霞夹g(shù)；張秋鄂(1953-)，女，吉林長春人，副教授，主要研究方向?yàn)閼?yīng)用電子技術(shù)；隋永新(1970-)，男，遼寧新民人，博士后，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及信息安全技術(shù)；楊懷江(1966-)，男，遼寧丹東人，研究員，博導(dǎo)，主要研究方向?yàn)樾畔踩⑿畔⑷诤稀?/p>

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