TMS320C3X串口扩展技术

TMS320C3X是TI公司生产的第三代数字信号处理器，目前已相继推出C30、C31、C32和VC33等四种类型，由于其性价比高而被广泛应用于各个领域中。

TMS320C3X是一种32bit的浮点DSP，其程序、数据和外设地址都映射在同一存储空间，并有丰富的寻址方式和较大的寻址空间，因此对外设的访问非常灵活方便。但在实际应用中往往也要考虑一些不利因素：一是外部总线速度高、地址线宽，因此增加外设时对接口电路的时序要求较高，且电路连接较复杂；二是频繁的外设访问操作易产生流水线冲突而影响整体性能。DSP的串口有较强的设备管理能力，与外设连接也很简单?因此成为DSP与低速外设交换数据的首选。但在TMS320C3X系列中，除TMS320C30提供两个串口外，其它几种芯片都只有一个串口，在很多情况下限制了这些芯片的进一步使用。本文针对C3X串口的特点,以TMS320C3X与TLC3204X连接为例，设计了一种串口扩展方法。

1 TMS320C3X与TLC3204X连接简介

TLC3204X是TI公司生产的话带模数接口芯片(AIC)，可与TMS320C3X等多种DSP芯片的串口直接相连，其A/D、D/A转换精度为14bit，按16bit方式传送，其中两位用于芯片控制和启动辅助通信[1]。图1是TLC3204X与TMS320C3X串口的连接图[2]。AIC与DSP通过DX和DR交换数据，AIC的主时钟信号(MCLK) 由DSP的定时器0提供，而AIC的移位脉冲(SCLK)作为串口的发送时钟(CLKX)和接收时钟(CLKR)，发送和接收帧同步信号分别由AIC的FSX和FSR提供。DSP串口以16位变速传送方式工作，AIC按字方式传送数据。

2 TMS320C3X串口扩展原理

一般而言，外设数据字长较短，而TMS320C3X串口数据字长可灵活配置。利用这一特点，只要增设少量的外部电路，就能在现有基础上扩展接口。在本例中，TLC3204X数据是16bit字长，因此只要将TMS320C3X串口设定为32bit传送方式，每个TLC3204X各占用16bit，就能将该串口一分为二。图2为TMS320C3X与两片TLC3204X的连接示意图，其接口电路的设计可分为发送和接收两部分的设计。

2.1 发送接口电路

该接口应完成两个任务。一是接收来自TMS320C3X串口的32bit数据，由TMS320C3X提供移位脉冲CLKX，帧同步信号(FSX)由接口电路提供，其时序如图3所示。二是将32bit数据分解为两个16bit数据，然后再传送到两个TLC3204X芯片，由TLC3204X芯片提供发送时钟SCLK和帧同步信号FSX以及完成信号EODX。传送时序如图4所示。

2.2 接收接口电路

该接口电路是发送接口电路的逆过程，其时序如图5和图6所示。

3 接口电路的实现

Verilog HDL 3?描述硬件单元的结构简单且易读，是当前最流行和通用的两种硬件描述语言之一，得到众多EDA工具的支持，因此利用该语言进行电路设计可以节省开发成本并缩短开发周期。

3.1 接口电路的顶层Verilog HDL描述

module DSP_TLC(SCLK1, DX1, FSX1, EODX1, DR1, FSR1,
EODR1,SCLK0, DX0, FSX0, EODX0, DR0, FSR0, EODR0,
CLKX, DX, FSX, DR, FSR, RESET);
input FSX1, EODX1, FSX0, EODX0, DX, CLKX, RESET;
output FSX, DX1, DX0?
input DR1, SCLK1, FSR1, EODR1, DR0, SCLK0, FSR0, EODR0;
output FSR, DR?
Transmit TRA(DX1, SCLK1, FSX1, EODX1, DX0, SCLK0, FSX0, EODX0, DX, CLKX, FSX, RESET);
Receive REC(DR1, SCLK1, FSR1, EODR1, DR0, SCLK0, FSR0, EODR0, DR, CLKX, FSR, RESET);
endmodule

3.2 发送接口电路的Verilog HDL描述

module Transmit(DX1, SCLK1, FSX1, EODX1, DX0, SCLK0,FSX0, EODX0, DX, CLKX, FSX, RESET);
input SCLK1, FSX1, EODX1, SCLK0, FSX0, EODX0;
input DX, CLKX, RESET?
output FSX, DX1, DX0;
reg [31:0] tmp_DX, temp_DX;
reg [1:0] tmp_EODX;
reg [4:0] DX_count;
assign DX1 ＝ temp_DX[31];
assign DX0 ＝ temp_DX[15]?
assign FSX ＝ (tmp_EODX ＝＝ 2'b11) ? 1'b0 : 1'b1;
always @(negedge CLKX or negedge RESET)
begin
if (RESET ＝＝ 1′b0)
begin
tmp_DX ＜＝ 32'b0?
tmp_EODX ＜＝ 2'b0?
DX_count ＜＝ 5'b0?
end
else
begin
if (EODX1 ＝＝ 1'b0) tmp_EODX[1] ＜＝ 1'b1;
if (EODX0 ＝＝ 1'b0) tmp_EODX[0] ＜＝ 1'b1?
if (DX_count ＝＝ 5'b11111) tmp_EODX ＜＝ 2'b0?
if (FSX ＝＝ 1'b0)
begin
tmp_DX[0] ＜＝ DX?
tmp_DX[31:1] ＜＝ tmp_dx[30:0]?
DX_count ＜＝ DX_count + 1?
end
else
DX_count ＜＝ 5'b0?
end
end
always @(posedge SCLK1)
begin
if (FSX1 ＝＝ 1'b0)
temp_DX[31:17] ＜＝ temp_DX[30:16]?
else
temp_DX[31:16] ＜＝ tmp_DX[31:16]?
end
always @(posedge SCLK0)
begin
if (FSX0 ＝＝ 1'b0)
temp_DX[15:1] ＜＝ temp_DX[14:0];
else
temp_DX[15:0] ＜＝ tmp_DX[15:0]?
end
endmodule

3.3 接收接口电路的Verilog HDL描述

module Receive(DR1, SCLK1, FSR1, EODR1, DR0, SCLK0, FSR0, EODR0, DR, CLKR, FSR, RESET);
input DR1, SCLK1, FSR1, EODR1, DR0, SCLK0, FSR0, EODR0;
input CLKR, RESET;
output FSR, DR;
reg [31:0] tmp_DR, temp_DR;
reg [1:0] tmp_EODR;
reg [4:0] DR_count;
assign DR ＝ (FSR ＝＝ 1'b0) ? tmp_DR[31] : 1'bz;
assign FSR ＝ (tmp_EODR ＝＝ 2'b11) ? 1'b0 : 1'b1;
always @(posedge CLKR or negedge RESET)
begin
if (RESET ＝＝ 1'b0)
begin
tmp_DR ＜＝ 32'b0;
tmp_EODR ＜＝ 2'b0;
DR_count ＜＝ 5'b0;
end
else
begin
if (EODR1 ＝＝ 1'b0) tmp_EODR[1] ＜＝ 1'b1;
if (EODR0 ＝＝ 1'b0) tmp_EODR[0] ＜＝ 1'b1;
if (DR_count ＝＝ 5'b11111) tmp_EODR ＜＝ 2'b0;
if (FSR ＝＝ 1'b0)
begin
tmp_DR[31:1] ＜＝ tmp_DR[30:0]?
DR_count ＜＝ DR_count + 1;
end
else
begin
DR_count ＜＝ 5'b0;
Tmp_DR ＜＝ temp_DR;
end
end
end
always @(negedge SCLK1)
begin
if (FSR1 ＝＝ 1'b0)
begin
temp_DR[16] ＜＝ DR1?
temp_DR[31:17] ＜＝ temp_DR[30:16];
end
end
always @(negedge SCLK0)
begin
if (FSR0 ＝＝ 1'b0)
begin
temp_DR[0] ＜＝ DR0;
temp_DR[15:1] ＜＝ temp_DR[14:0];
end
end
endmodule

本文介绍了一种TMS320C3X串口扩展技术，并用Verilog HDL语言进行了描述，利用中小容量的CPLD或FPGA就能实现该接口功能。该电路已被作者应用到实际系统中，仿真和实践证明该接口稳定可靠，具有一定的应用价值。