湖南湘潭江南機器集團有限公司 王 剛 林明輝

引言

TMS32OF2812是國內(nèi)廣大的工程技術(shù)人員非常熟悉一種DSP芯片，它速度快，功能強，廣泛應(yīng)用于電機控制，電力電子等領(lǐng)域。如何高效可靠的實現(xiàn)DSP與上位PC機或其它從機間的串行通訊，是DSP系統(tǒng)開發(fā)的一個基本問題。本文將以DSP2812為例，針對這一問題展開討論，并給出一種切實可行的解決方案。

1.常用串口收發(fā)程序及其存在的問題

常用的串口發(fā)送程序如下所示，以DSP2812的SCIA發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)為例：

DSP每收到一個字節(jié)的數(shù)據(jù)都會進入中斷，當(dāng)接收的數(shù)據(jù)量較大時，會占用較多的CPU資源，效率低。

2.FIFO控制寄存器設(shè)置和使用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的說明

DSP2812含有一個16級深度的發(fā)送/接收FIFO。使用FIFO可以減少收發(fā)數(shù)據(jù)的延遲和對CPU資源的占用，高效的實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)收發(fā)。

FIFO是一個緩沖寄存器，通過FIFO發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以一次性連續(xù)寫入多個數(shù)據(jù)（最多16個），DSP會自動將這些數(shù)據(jù)發(fā)送出去，無需CPU干預(yù)，還可以設(shè)置發(fā)送完成后進中斷；通過FIFO接收數(shù)據(jù)時，經(jīng)由設(shè)置SCIFFRX寄存器，可以實現(xiàn)接收若干個字節(jié)的數(shù)據(jù)后（最多16個）進入中斷，在中斷中處理這些數(shù)據(jù)，這就減少了接受多個數(shù)據(jù)時，CPU進中斷的次數(shù)，提高了效率。

（1）如何訪問FIFO

寫發(fā)送FIFO通過SCITXBUF寄存器，讀接收FIFO通過SCIRXBUF寄存器。

（2）FIFO中斷

FIFO模式有兩個中斷，一個用于FIFO發(fā)送，一個用于FIFO接收。對于FIFO發(fā)送中斷來說，當(dāng)使能FIFO，且使能TXFIFO中斷后，標準的TXINT將不再起作用，該中斷僅作為SCI FIFO發(fā)送中斷工作；對于串行接收中斷而言，RXINT中斷是SCI FIFO接收、接收錯誤和接收FIFO溢出的共同中斷。

FIFO發(fā)送和接收中斷都可以設(shè)置為匹配中斷。對FIFO發(fā)送來說，SCIFFTX寄存器中的位TXFFST4-O表明當(dāng)前的發(fā)送FIFO中有多少個字節(jié)的數(shù)據(jù)，位TXFFIL4-O為用戶設(shè)定的接收FIFO中斷匹配級別，當(dāng)TXFFST4-O的值小于或等于TXFFIL4-O的值時，產(chǎn)生發(fā)送匹配中斷；對FIFO接收來說，SCIFFRX寄存器中的位RXFIFST4-O表明當(dāng)前接收FIFO中有多少個字節(jié)的數(shù)據(jù)，位RXFFIL4-O為用戶設(shè)定的發(fā)送FIFO中斷匹配級別，當(dāng)RXFIFST4-O的值大于或等于RXFFIL4-O的值時，產(chǎn)生接收匹配中斷。

FIFO寄存器可以設(shè)置為：

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/*使能FIFO，發(fā)送FIFO空，禁用TXFIFO中斷，清除TXFIFO中斷標志，使能TXFFIVL匹配中斷，匹配值為O，即：當(dāng)TXFIFO中數(shù)據(jù)為O時進入發(fā)送中斷。*/

SciaRegs.SCIFFTX.all=OxeO6O;

/*清RXFFOVF標志，使能FIFO接收，接收FIFO空，清除RXFFINT中斷標志，使能RXFFIVL匹配中斷，匹配值為16，即：FIFO中的數(shù)據(jù)大于等于16時進入發(fā)送中斷*/

SciaRegs.SCIFFRX.all=Ox6O7O;

/*禁止串口自動檢測波特率*/

SciaRegs.SCIFFCT.all=O;

程序使用隊列數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，可以更好的將串口程序模塊化。同時，利用隊列對串行數(shù)據(jù)再做一級緩沖，不僅保證了數(shù)據(jù)的順序，而且解除了使用FIFO最多一次寫入16個字節(jié)的限制，最多能寫入的數(shù)據(jù)個數(shù)取決于隊列緩沖區(qū)的大小，而這是由用戶定義的。只要發(fā)送隊列緩沖區(qū)中有待發(fā)送的數(shù)據(jù)，就采用中斷間歇性的進行發(fā)送。串行接收采用類似方式，接收到一定數(shù)量的數(shù)據(jù)后再通知上層程序，CPU不必頻繁進入中斷。

隊列是一種先入先出的線性表，它只允許在表的一端寫入數(shù)據(jù)，而在另一端讀取數(shù)據(jù)。它的操作一般有以下函數(shù)：

//獲取隊列中的數(shù)據(jù)，buf為指向隊列的指針，rdata為指向讀到的數(shù)據(jù)的指針

QueueRead(unsigned char *rdata,void *buf);

//向隊列中寫入數(shù)據(jù)，buf為指向隊列的指針，wdata為要寫入的數(shù)據(jù)

QueueWrite(void *buf,unsigned char wdata);

//獲取隊列中元素個數(shù)

QueueNData(void *Buf)

本文使用了兩個隊列來對串行數(shù)據(jù)進行緩沖，一個是DSP串行發(fā)送數(shù)據(jù)的隊列TxQueue，另一個是DSP串行接收數(shù)據(jù)的隊列RxQueue。各有1OO級深度。

3.串行發(fā)送

利用隊列和FIFO的串口發(fā)送程序由兩部分組成。一部分是供主程序調(diào)用的應(yīng)用型函數(shù)，另一部分為中斷程序，它完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。以下是一個應(yīng)用型函數(shù)的例子，DSP2812串行發(fā)送一個字節(jié)的數(shù)據(jù)：

SciaSendChar(unsigned char sChar)函數(shù)由主函數(shù)調(diào)用，它將要發(fā)送的數(shù)據(jù)入隊。而后使能FIFO發(fā)送中斷。

在上文的FIFO設(shè)置中，已設(shè)置當(dāng)TXFIFO中數(shù)據(jù)為O時進入發(fā)送中斷，由于串行通訊開始前TXFIFO中并無數(shù)據(jù)，所以一旦FIFO發(fā)送中斷打開，就立即進入該中斷程序。

串行發(fā)送中斷程序的一種寫法：

串行數(shù)據(jù)的發(fā)送是在中斷中完成的，只要發(fā)送隊列中還有數(shù)據(jù)，就會間歇性進入該中斷，中斷程序會判斷當(dāng)前發(fā)送隊列還有多少個元素等待發(fā)送，若不足16個，則把數(shù)據(jù)全部寫入FIFO，若大于16個，則寫入16個，寫入FIFO的數(shù)據(jù)，DSP會自動發(fā)送出去，無需CPU的干預(yù)。當(dāng)發(fā)送隊列中無數(shù)據(jù)時，則判定為發(fā)送完，關(guān)閉中斷，防止因FIFO空而反復(fù)進入該中斷。

若CPU有其他的關(guān)鍵進程需要響應(yīng)，則可以把該關(guān)鍵進程的中斷優(yōu)先級設(shè)置得高于串行發(fā)送中斷，這樣在發(fā)送數(shù)據(jù)時依然可以響應(yīng)關(guān)鍵進程。

4.串行接收

利用FIFO的串行接收程序同樣由兩部分組成，一部分是串行接收中斷，另一部分是從串行接收隊列中取數(shù)的程序。

串行接收中斷的一種實現(xiàn)方法：在上文的FIFO設(shè)置中，我們令FIFO中的數(shù)據(jù)大于等于16時進入串行接收中斷，中斷程序只需要取出數(shù)據(jù)并將之存往串行接收隊列RxQueue即可。在這里有一個隱含的約定，即，串行接收的數(shù)據(jù)數(shù)量必須大于等于16字節(jié)，否則由于串行接收匹配中斷的執(zhí)行條件不滿足，將導(dǎo)致該中斷不執(zhí)行，無法處理FIFO接收的數(shù)據(jù)。

在主函數(shù)或其他中斷程序（如定時中斷）中再處理RxQueue中接收到的數(shù)據(jù)，這樣處理起來非常靈活，實際應(yīng)用中可根據(jù)需要編寫程序。下面給出在主函數(shù)中處理RxQueue的一個簡單例子供參考。

總結(jié)

本文提出了一種工程上實用的DSP串行通訊的方法。該方法采用DSP的FIFO和數(shù)據(jù)隊列對串行數(shù)據(jù)進行了兩級雙向緩沖，利用中斷完成數(shù)據(jù)收發(fā)，有實時性好，可靠性高等優(yōu)點，可以方便的移植到其他芯片上，有一定的通用性。該程序已在作者的一個項目中得到應(yīng)用，運行穩(wěn)定。

[1]TMS320x281x Serial Communications Interface(SCI)Reference Guide.TI公司,2009,7.

[2]嚴蔚敏,吳偉民編著.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(C語言版)[M].2002,9.

[3]陳明計,等編著.嵌入式實時操作系統(tǒng)Small RTOS51原理與應(yīng)用[M].2005,7.