异种单片机共享片外存储器及其与微机通信的方法

TMS320 系列数据信号处理单片机（DSP）在测控、仪器仪表、图象处理、计算机视觉与声信号处理等领域得到了越来越广泛的应用。DSP获取原始采集数据和输出处理结果一般有两种途径：一是通过串行口，另一是通过数据总线读写片外存储器。本文介绍了基于DSP的信号处理目标板与基于单片机AT89C51的多路同步数据采集板通过共享片外随机存储器实现板间通信，来获取原始采集数据的方法，并给出了总线隔离硬件电路与软件控制流程。并介绍了把DSP的处理结果传送给基于MCS-51单片机或基于微机的控制系统的方法。文中还简要分析了AT89C51与微机进行串口通信的软硬件设计，通过扩展AT89C51间接实现了 TMA320C32与单片机或微机之间的通信，比直接通过TMS320C32的串口与单片机或微机进行通信要简单可靠得多。下面如无特别说明，MCU指 AT89C51，DSP指TMS320C32。

1 板间共享存储器的硬件接口电路和软件控制流程

1.1 信号处理板硬件接口电路

基于DSP的信号处理板可以根据应用要求支行许多信号处理算法，如信号预处理、目标识别与跟踪定位、Kalman滤波等。待处理的原始信号数据通过通信从数据采集获得。这里采用板间共享存储器的方法来完成数据交换，DSP既可以从共享存储器读取采集数据，也可以把处理结果（如新的程控放大倍值，跟踪定位结果等）写到共享存储器中供MCU读取。

TMS320C32有一个双向串行口，可以设置每帧同时收发8/16/24/32位数据，同步时钟可以由内部串口定时器产生或外部输入。通过设置串口全局控制寄存器来控制串口的总体功能和工作模式；通过设置FSX/DX/CLKX端口控制寄存器和FSR/DR/CLKR端口控制寄存器来控制串口6个引脚的功能，可以软件设置每个引脚为通用的I/O引脚或串口通信引脚。

TMS320C32有两根通用的I/O引脚为XFO和CF1，由于共享存储器接口电路需要4根控制线来进行DSP与MCU间的握手通信，这里把串口的2个引脚FSR0和FSX0设置为通用的I/O引脚用作控制线。接口电路原理图如图1所示。

图中RAM0～RAM3是四片容量为512K的8们高速RAM（芯片型号为CY7C1049-17VC），组成32位数据宽度的存储器，DSP运行时的程序和数据都在这四片RAM中。FLASH（芯片型号为Am29F016）用于存储程序和初始化数据，即使掉电内容也不丢失，DSP上电时由自带的 BOOT LOADER程序从FLASH中取出程序到四片RAM中运行。从共享存储器读取的采集数据也暂存到这四片RAM中。

1.2 数据采集板硬件接口电路

基于单片机AT89C51的数据采集板在单片机的全局控制下，通过对多路声传感器输出的微弱信号进行程控放大、低通滤波、同步采样保持、A/D变换，实时同步采集多路信号，并把采集到的信号数据存放在数据采集板上的128K共享存储器（芯片型号为CY7C109-12VC）中。

共享存储器及其总线隔离电路设计在数据采集板上。在某一时刻，共享存储器只能被某一方访问，否则会产生总线冲突。这里由MCU切换选通DSP总线或单片机总线，分时访问共享存储器。总线隔离芯片选用常见的双向总线隔离/驱动芯片74HC245，它有一个输出使能引脚（E）和一个数据传输方向（DIR）引脚，MCU通过控制这两个引脚来完成总线隔离与数据传输方向控制功能。接口电路原理图如图2所示。图中，MCU端的总线隔离由一片74HC373和两片74HC245完成，DSP端由三片74HC245完成数据总线和地址总线的隔离。由P1.2控制选通哪组总线，当P1.2为低电平时，共享存储器只能被MCU访问；当P1.2为高电平时，只有当P1.3也为高电平时（表示MCU同意让出共享存储器），共享存储器才能被DSP访问。由于DSP需要读或写共享存储器，所以需要软件设置数据总线隔离芯片74HC245的数据传输方向，这里通过设置 DSPDIR信号线的电平状态来完成（高电平时为读，低电平时为写）。由于地址总线的数据传输方向始终是单向的，所以其隔离芯片的DIR端可固定接低电平或高电平，视74HC245的实际接线而定。

1.3 软件控制流程

信号处理板上的DSP需要采集信号数据时就向数据采集板上的MCU发出请求信号，单片机接收到请求信号后，如果同意让出共享存储器，则向DSP发出应答信号，同时隔离MCU端的总线，暂停数据采集。DSP接收到应答信号后就可以访问共享存储器，DSP快速读、写完数据后，向单片机发结束信号，单片机接收到结束信号后，收回共享存储器，同时隔离DSP端总线，继续采集。这样数据采集与信号处理就可以同时进行，不同于一般的采集一段处理一段的串行工作模式，实现了数据采集零等待，增加了系统的吞吐能力。参见图3的接线图，一次完整的通信过程详述如下，注意在DSP程序初始化时应把XF0、XF1、 FSR0设置