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DSP接口效率的分析与提高
摘要：分析了导致DSP系统接口效率低下的几种情况，重点叙述了相应的提高效率的设计方法，并提供了电路图和源程序。近几年来，数字信号处理器（DSP）得到了广泛的应用。由于DSP采用程序空间和数据空间分离的哈佛结构，对程序和数据并行操作，使之成倍地提高了处理速度；再加上流水线技术，使得DSP的指令周期多为10ns级。而与之配套的外围器件却没有像DSP那样猛地发展。首先，DSP与外围器件之间的速度差异日益显著，大部分外围器件的读写周期在50ns以上，即使是最快的静态RAM，其读写周期亦为8ns左右，也只能与50MHz以下的DSP直接接口；其次，一些领域的器件在设计时并没有考虑与DSP接口，以至于不能直接接入DSP总线，如CAN总线控制器SA1000采用地址总线与数据总线分时复用的总线接口。这使得DSP与许多外部器件难以接口，特别是在与多个外部器件接口或者与总线不兼容的外部器件接口时，常常会出现因接口处理不当而导致接口效率低下的情况。当DSP对外部器件的操作频率很高时，接口效率的高低将对系统的运行速度产生不可忽略的影响。
1 多个外设的情况
当DSP与低速器件接口时，可以通过设置DSP片内的等待状态产生控制寄存器（WSGR），在相应的程序空间、数据空间或I/O空间产生1～7个等待周期，以使DSP的访问速度能和低速器件相匹配。当在同一空间内既有低速器件又有高速器件时，通常WSGR的延时值被设置成与速度最慢的器件相一致，以保证DSP对所有的器件都能进行正确的访问。若对高速器件的操作很频繁，则这种对整个空间的延时将极不合理地降低系统速度。例如，有些系统在程序空间同时扩展有RAM和ROM。而ROM的速度一般远远低于RAM，其访问周期一般为100～200ns，即使DSP和RAM的访问速度均可达到25ns，但对整个数据空间进行延时后，DSP也只能以ROM的访问速度（100～200ns）对RAM进行访问。
在这种情况下，首先应考虑使用软件方法提供效率。其方法是默认的情况下将WSGR设置成与高速器件一致，当要访问低速器件时再修改WSGR的值。DSP常常对外部件进行连续操作，在这种情况下，软件方法还是比较有效的。但最大问题在于增加了软件负担和不稳定因素。
显然，效率最高的情况是，既不需要修改WSGR，DSP又能以外部器件本身的速度对它们进行访问。事实上，只要能够产生适当的信号控制DSP的READY端，就可以达到这个目的。DSP在开始一个外部总线的操作后，会在每一个CLKOUT信号（DSP的时钟输出）的上升沿时刻对READY端进行查询，若READY为低，则保持总线的状态不变，然后在下一个CLKOUT上升沿时刻两次查询，直至查询到READY为高时结束本次总线访问。
下面的设计实例中介绍的硬件等待电路（见图1）能够实现这个功能。它针对不同的外部器件产生相应的等待信号送到DSP的READY端，实现硬等待。其核心器件采用了广泛应用的通用逻辑阵列（GAL），GAL的引脚定义与图1相对应。使用GAL器件使硬件设计变得简单而灵活，可以完成比较复杂的逻辑关系。
例如，频率为50MHz的DSP在数据空间外扩有RAM和ROM各一片，访问周期分别为70ns和150ns，地址空间分别为0x8000～0x8fff和0x9000～0x9fff。由DSP的主频可知，对RAM和ROM的访问各需插入3个和7个等待周期。下面给出GAL源文件的关键部分（它们使用汇编程序FM的格式编写）：
Q0：=/Q0*/RD /Q0*/WR
Q1：=/Q0*Q1*/RD Q0*/Q1*/RD /Q0*Q1*/WR
Q0*/Q1*/WR
Q2：=/Q1*Q2*/RD /Q0*Q1*Q2*/RD Q0*Q1*/Q2*/RD
/Q1*Q2*/WR /Q0*Q1*Q2*/WR Q0*Q1*/Q2*/WR
；构成一个三位的二进制计数器
；Q2为最高位、Q0为最低位
；对读信号或写信号的宽度进行计数
GAL_READY.OE=VCC
/GAL_READY=/DS*A15*/A14*/A13*/A12*/Q1 /DS*A15*/A14*/A13*A12*Q1*/A0
;为RAM的访问插入3个周期
/DS*A15*/A14*/A13*A12*/Q0
/DS*A15*/A14*/A13*/Q1
/DS*A15*/A14*/A13*A12*/Q2
；为ROM的访问插入7个周期
图2是一个与写时序对应的时序图，其中在下三角符号标出的时刻，DSP对READY端进行查询。
这种方法能够充分使用硬件的速度，并且对软件是透明的，不会增加编程人员的负担。
图3 DSP与SJA1000的接口原理图
2 总线不兼容的情况
有一类芯片的总线接口是分时复用的，如CAN总线控制器SJA1000。SJA1000有8位的数据和地址复用的总线，可以和多种MCU直接相连。一次总线操作开始时，总线先传递此次操作访问的地址，在ALE信号将地址锁存后，再进行数据读写。而DSP的数据总线和地址总线被并行地引出，这种并行结构比分时复用的串行结构先进，有着高一倍的带宽。但DSP被设计时并没有考虑过会在芯片外将并行的总线再串行化，也就是没有设计相应的辅助信号来完成这种转换。这使得完全使用硬件方法进行串行转换比较困难。
此类问题通常使用软件和硬件配合解决，并不真正地靠硬件进行园，而是把一次总线操作分解成两步。先把此次操作的目标地址作为数据送到总线上，同时通过硬件产生一个锁存信号将其锁
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