嵌入式 FIFO 数据传输系统设计方案解析

 嵌入式设备由于具有硬件可在线配置，实现灵活等特点，使得其应用越来越广泛。尤其在基于FPGA的硬件系统中应用较多，目前在许多产品中实现了嵌入式网口、嵌入式PCI/PCI-E、嵌入式USB等各种模块。但在DSP中实现嵌入式设备还比较少，一般DSP都直接集成这些设备模块，用户选择不同型号的DSP芯片以满足产品应用要求。但对于一些较为特殊的嵌入式设备，DSP也可以实现该功能。
　　TI公司的DSP芯片C6727B，由于其片内集成dMAX模块，使得实现嵌入式FIFO成为可能。其实现嵌入式FIFO的本质就是将DSP的片内一段RAM空间设置成FIFO空间，FIFO和外部设备的数据交换由EMIF接口完成。该FIFO的数据读写不需要DSP的CPU参与，从而提高整个系统性能，实现数据交换和数据处理的同时进行。本文以dMAX和EMIF接口的数据传输为例，介绍嵌入式FIFO的设计、配置及其使用。
　　dMAX及其结构
　　dMAX（Dual Data Movement Accelerator，双向数据传输加速器）是TI公司的DSP芯片C6727B特有的一种片内设备。应用dMAX和EMIF（External Memory Interface，外部存储器接口）可以实现片内RAM、片内和片外设备以及两个片外设备之间的数据传输。dMAX模块的内部结构如图1所示。
　　
　　图1 dMAX内部结构图
　　从图中可以看出，dMAX主要由事件和中断处理模块、事件编码器、传输事件模块等组成。事件模块分成高优先级和低优先级两个相互独立的模块，各自有独立的事件入口和事件参数表，和CPU有独立的接口。使得dMAX可以同时处理两个不同的事件。当访问CPU端口时，MAX0的优先级高，MAX1的优先级低。dMAX能够通过执行先进的一维、二维与三维数据的存储器传输工作，从而使DSP得以专注于信号处理任务，显著提高系统性能。适合图像的子帧提取或者语音信号的子信道提取。
　　DSP内部的数据交换中心在dMAX的控制下，可以实现片内RAM、EMIF以及HPI接口之间的数据交换。本文介绍在dMAX控制下，实现片内RAM和EMIF接口之间的数据交换。如果DSP采用普通的异步接口方式，数据传输需要建立、选通和保持3个阶段，最少需要5个EMIF时钟（建立和保持各1个时钟，选通3个时钟）。为了保证通信的可靠性，一般采用10个EMIF时钟（建立3个时钟，保持2个时钟，选通5个时钟）。而EMIF时钟最快为133MHz；这样，采用异步接口的通信速率一般为13.3M×32b/s（采用32位数据总线宽度）。此外，异步接口数据传输必须在CPU的参与下，使用指令实现数据搬移。将占用大量的CPU开销，在很多高速的数据采集和处理中，将降低系统的整体性能。为此，采用dMAX实现嵌入式FIFO数据传输克服异步传输的缺点，其传输采用突发读写方式进行，可以连续突发读写8个数据，一共只需要20个时钟，通信速率提高为53.2M×32b/s，提高4倍读写速率。还可以采用和DMA后台运行，这样将大大降低整个系统数据读写的开销，从而可以实现更加复杂和可靠的算法处理。