基于DSP处理系统的多路数据传输方法与实现

余福荣 ，罗海波 ，胡 宇 ，张志芳

(1.中国空间技术研究院503所，北京10086；2.中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳110016)

数字信号处理器（DSP）广泛应用于图像处理、通信与医疗等海量数据处理领域。在很多基于DSP的多路实时数据处理系统[1]中，需要将大量的数据传输到DSP片内存储器进行实时处理，因此如何实现多路海量数据传输，充分发挥DSP的数据处理能力，是实时数据处理系统的关键技术之一。

传统基于DSP的数据传输方法一般采用中断或者查询方式实现，都是通过CPU控制程序来传送数据，降低了CPU的使用效率。TI公司C6x系列DSP具有增强型直接存储器访问（EDMA）控制器[2]，它在后台控制数据读写，实现数据传输，不占用 DSP的CPU资源，从而提高了DSP的数据处理能力。EDMA控制传输方法已应用于许多基于DSP的处理系统[3-4]中，但是，大多系统没有使用EDMA传输链方式，参考文献[4]虽采用了EDMA传输链技术，但它只是使用EDMA传输链实现其数据传输主通道EDMA参数的更新，是针对小量串数据传输设计的，不适用于多路大量数据传输。

本文提出一种EDMA多通道传输链乒乓结构的数据传输方式，实现多路大量数据的高效同步传输，大大提高了数据传输效率。

1 EDMA3控制机制[5]

EDMA3是TI公司的第三代直接存储器访问控制器，有64个通道，每个通道有一个特定的事件与之关联，每个事件相当于一个同步信号，由这些事件触发相应通道的数据传输。

1.1 EDMA3通道控制器

EDMA3通道控制器(EDMA3CC)可以捕获多达64个事件，包括外部事件、直接写事件寄存器或EDMA通道链事件。捕获EDMA事件后，事件队列逻辑根据对应通道设置给该事件分配队列，队列中事件按先进先出顺序进行处理。队列中先处理的事件根据其通道参数集配置发送传输请求，EDMA3传输控制器(EDMA3TC)接收到传输请求后启动数据传输。

1.2 参数RAM(PaRAM参数集)

EDMA3控制器是基于RAM结构的，在DSP片内RAM中采用统一地址空间存储EDMA3通道参数，共有256个参数RAM(PaRAM参数集)，每个参数集长度为8个32位数据，具体参数包括数据源地址、目的地址、传输数据大小、数据索引以及通道选项(OPT)等。参数结构如图1所示。

图1 PaRAM参数结构

1.3 EDMA的链接

当通道选项OPT中参数链接控制位STATIC设为0时，在一次传输申请后，EDMA控制器会自动根据链接地址装载下一次传输需要的参数，这样就可将不同的传输参数集链接起来，形成一个参数链，为同一个通道服务。当OPT中传输完成链接后使能位TCCHEN设为1，同时设置OPT中传输完成号字段TCC为需要链接的通道号N，在当前通道事件触发EDMA控制传输完成后，就会触发N通道事件，启动该通道的EDMA控制数据传输，实现EDMA的多通道链传输。

2 基于EDMA传输链的多路数据传输方法

图2 基于EDMA传输链的多路数据传输方法

本方法实现的示意图如图2所示。在数据发送端，设计多个RAM缓存对用于缓存多路数据，并根据多路数据间的关联生成一个同步信号，链接到处理端DSP的EDMA通道1上，用于触发该通道的数据传输。同时，在数据接收端DSP内，对应设计多个Buffer缓存对用于接收多路数据，并配置多个EDMA通道，每个EDMA通道控制1路数据传输，将数据传输方式设置为多通道传输链乒乓传输方式，通道1链接到通道 2，通道2链接到通道3，通道3再链接到其他通道。

首先，在数据发送端，采用乒乓方式同时缓存多路数据，一个缓存用于数据接收缓存，另一个缓存用于数据发送。接收完数据后，产生的同步信号触发处理端DSP的EDMA通道1控制数据传输。在数据处理端，同样采用乒乓方式接收数据，一个用于缓存数据接收，另一个缓存中的数据可用于处理。通道1数据传输完成后启动EDMA通道2数据传输，通道2数据传输完成后启动EDMA通道3数据传输，实现多路数据的同步传输。

相对于通常采用的多个EDMA通道单独控制传输方式，本方法主要优点是：（1）只需要一个同步事件，避免了多个EDMA同步事件传输竞争，使得数据传输有序而可靠。（2）一次同步传输只需一个传输完成中断服务程序，节省了多个中断服务程序所需时间。（3）数据处理端接收到的多路数据已经按EDMA事件同步，节省了数据同步处理时间，提高了系统的实时性。（4）本方法在数据发送与处理端都采用乒乓方式传输，确保数据传输的高效率与可靠性。

3 多路图像处理系统的数据传输实现

3.1 系统工作原理

本图像处理系统主要由DSP、FPGA和图像源构成，其中DSP采用 TI公司的 TMS320C6455芯片，FPGA使用XC4VLX60芯片。整个系统的工作流程为：FPGA同时采集3路数字图像，然后进行预处理，并产生同步信号，触发DSP的EDMA控制3路图像数据传输到DSP，在DSP中进行3路图像数据的实时处理。为了提高系统的实时性，一次同步只连续传输3路图像的16行数据，传输完的数据即可进行相关处理。该图像处理系统工作原理如图3所示。

图3 多路图像处理系统工作原理

3.2 系统数据传输的实现

在FPGA中设计3对PING/PONG缓存，分别用于存储3路图像数据，每个缓存的大小设为能存储16行的图像数据量；同时，设计了一个同步控制模块，该模块根据3路图像的帧场同步与行计数产生一个同步信号，并将该信号连接到DSP的GPIO5上，用来触发DSP的EDMA控制数据传输。同样，在DSP中设计3对PING/PONG缓存分别用于接收3路图像数据，同时设计3个通道分别控制3路数据传输，并将EDMA设为多通道传输链的工作模式。

根据自身实际情况和《国民营养计划（2017—2030年）》的内容和要求，定期开展营养和食品安全监测与评估。

FPGA以乒乓缓存方式分别接收完3路图像16行数据后，产生一个同步信号，该信号触发DSP的EDMA通道1进行图像1数据传输；传输完该图像16行数据后，EDMA自动链接到通道2传输图像2数据；传输完图像2数据后，EDMA又会自动链接到通道3传输图像3数据，一次同步传输完成3路16行图像数据传输。

3.3 EDMA多通道传输链的设计

FPGA输出的同步信号链接到 DSP的GPIO5、GPIO5事件对应的EMDA通道为53，用于控制图像1数据传输；控制图像2与图像3的传输通道分别设为6与7通道。其中，53通道采用64与65参数集对(对应地址为0x02A04800和0x02A04820)配置EDMA实现数据乒乓传输。同样，6通道采用72与73参数集对，7通道采用80与81参数集对。

本文EDMA参数集配置代码采用TI公司提供的C6455片级支持库CSL函数[6]进行设置。以53通道 64参数集为例进行说明，其他通道参数设置类似。

其中53通道64乒参数集的关联配置代码如下：

将OPT的STATIC设置为0，实现EDMA通道的乒乓传输，并将53通道参数集OPT的TCCHEN设置为1，TCC设置为6，将53通道链接到6通道。同样，将53通道的TCCHEN设置为1，TCC设置为7，将6通道链接到7通道；将7通道TCCHEN设置为0，TCC设置为0，关闭通道链接功能。具体EDMA多通道传输链示意图如图4所示。

其中53通道64参数集OPT字段的配置代码如下：

其他参数设计如下：SRC(通道源地址)设置为片外FPGA的3路缓存映射地址，乒乓缓存分别映射到DSP内存的不同空间；DST(通道目的地址)设置为 Buffer-Ping/BufferPong地址，实现乒乓接收数据。本设计采用一维传输，只需设置 ACNT、BCNT与 CCNT值，其他 BCNT、SRCBIDX等传输参数采用默认值0即可，一次传输16行图像数据，需将3个通道的ACNT设置为16x720。LINK设置参数的连接地址，本软件设计通过参数集句柄关联方式设置LINK链接地址，53通道参数集对的链接句柄分别为hParamY_Pong与hParamY_Ping，对应的地址为0x04820和0x04800，其他通道设置类似。

其中53通道64参数集其他主要配置代码如下：

图4 EDMA多通道传输链

4 实验结果与分析

表1 一次传输时间与效率统计表

实验测试平台为基于TMS320C6455的实时图像处理系统，系统时钟为1 000 MHz，DSP与 FPGA之间的传输速率为 100 MHz，传输图像大小为 720×576，一次同步传输 16×720个图像 1数据、16×720个图像 2数据以及16×720个图像 3数据。

实验结果如表1所示。完成一次16行3路图像数据传输，采用多个通道传输需要3个EDMA通道事件，并需要3个传输完成中断服务程序，接收后需要做同步处理。而采用多通道链传输只需要1个EDMA通道事件以及1个传输完成中断服务程序，接收后不需要做同步处理。

由表1实验数据可知，采用EDMA多通道链传输方法，数据传输总体效率提高了18%。由于数据传输由EDMA在后台控制完成，不占用 CPU资源，CPU资源节省率达到66%。

文中主要论述了基于DSP处理系统的多路数据传输方法与实现过程，创新地提出了一种EDMA多通道传输链乒乓传输方法，实现多路数据同步传输。实验结果表明，采用该方法实现多路数据传输，能大大提高数据传输效率，节省CPU资源，减少系统时延，并且避免了多个EDMA事件与中断的竞争，提高数据传输的可靠性与系统稳定性。

本文方法已成功应用到某型号无人机项目中，数据传输稳定可靠，可以广泛应用在基于DSP的多路数据处理系统中。

[1]李波，孟庆磊.基于通用DSP的多路视频编码器的优化实现[J].电子学报，2006，34(11)：2104-2017.

[2]Texas Instruments Inc..TMS320C6000 DSP enhanced direct memory access(EDMA)controller reference guide[Z].2005.

[3]陆军，高乐，刘涛.基于 DSP与 FPGA的全景图像处理系统设计与实现[J].电子技术应用，2012，38(6)：24-26.

[4]杨俊波，赵继敏.基于 TI6000系列DSP的多路信号采集系统[J].工业控制计算机，2008，21(1)：56-59.

[5]Texas Instruments Inc..TMS320C6455 enhanced DMA(EDMA3)controller user′s guide[Z].2007.

[6]Texas Instruments Inc..TMS320C6455 chip support library API reference guide[Z].2006.