DSP接口效率的分析与提高

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。 您可以访问中国科教评价网（www.NsEac.com）查看更多相关的文章。

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