圖3 是DFB 的模塊框圖，典型應(yīng)用是將某個(gè)片內(nèi)數(shù)據(jù)源（例如ADC 或某個(gè)DMA）的數(shù)據(jù)連接到DFB，經(jīng)DFB 處理后將結(jié)果輸出到另一個(gè)片內(nèi)數(shù)據(jù)源（例如DAC 或另一個(gè)DMA）。數(shù)據(jù)的移入和移出可以設(shè)定由特定的DMA 控制，也可以由MCU 直接移動(dòng)。

圖3 DFB 結(jié)構(gòu)圖

    除了可編程的資源之外，PSoC3內(nèi)部還提供了特定功能的模塊。這些模塊可以不占用模擬，數(shù)字可編程以及MCU資源，完成相應(yīng)的功能。這些模塊包括：

·支持高達(dá)1MBPS的Can總線控制器，兼容ISO-11898-1標(biāo)準(zhǔn)。

·全速USB2.0控制器，支持8個(gè)端點(diǎn)和DMA數(shù)據(jù)傳輸控制。

·支持50k/100k/400k/1M BPS的I2C主/從總線控制器，兼容Philips ‘The I2C Specification’ Version 2.1。

·16 Bit專用的定時(shí)，計(jì)數(shù)和PWM等常用的嵌入式系統(tǒng)模塊。

二、 Cypress PSoC® Creator™ 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

    Cypress PSoC Creator 開(kāi)發(fā)環(huán)境是Cypress 為PSoC3 / PSoC5可編程片上系統(tǒng)提供的高效，易用的繼承開(kāi)發(fā)環(huán)境。

    該獨(dú)特的新型設(shè)計(jì)軟件使得工程師能夠按照自己的思維方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。使用基于電路圖的方式完成對(duì)可編程模擬，數(shù)字以及布線資源的設(shè)計(jì)。該軟件還提供了特有的嵌入式系統(tǒng)的組件庫(kù)來(lái)應(yīng)用其內(nèi)部的資源，通過(guò)在組件庫(kù)中選擇組件并使用基于電路圖的方式可以使得整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程就像搭積木一樣，簡(jiǎn)單高效的實(shí)現(xiàn)工程師的設(shè)計(jì)。該軟件工具通過(guò)電路綜合可以自動(dòng)的把用戶的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化成對(duì)可編程電路的配置，使得用戶即使不了解芯片的細(xì)節(jié)也可以完成復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。使用PSoC Creator進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，客戶是根據(jù)應(yīng)用需求急性設(shè)計(jì)，而不是目標(biāo)器件的限制。重新構(gòu)建設(shè)計(jì)就像修改程序一樣，不需要復(fù)雜的電路板級(jí)修改。

    PSoC Creator將一個(gè)最新的軟件開(kāi)發(fā)IDE與一個(gè)革命性的圖形設(shè)計(jì)編輯器結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)特的強(qiáng)有力的軟硬件同步設(shè)計(jì)環(huán)境。它提供內(nèi)容豐富的、存有幾十個(gè)預(yù)先配置過(guò)的模擬和數(shù)字外設(shè)庫(kù)，可以方便地拖放進(jìn)電路圖設(shè)計(jì)界面并組成強(qiáng)大的系統(tǒng)。該工具還可以自動(dòng)為所有片上信號(hào)分配管腳，如有需要，甚至還能將I/O分配到最佳管腳。每個(gè)外設(shè)元件的參數(shù)均經(jīng)過(guò)仔細(xì)的配置，以保證應(yīng)用效果能最好地滿足設(shè)計(jì)者的要求，且沒(méi)有資源浪費(fèi)。構(gòu)建過(guò)程會(huì)為每一個(gè)元件產(chǎn)生一個(gè)一致的、容易記住的API系列，這樣，軟件開(kāi)發(fā)者即可控制硬件，而無(wú)需為基本執(zhí)行指令操心。 定制的設(shè)計(jì)及其相關(guān)的API還可以方便地存儲(chǔ)在庫(kù)中，用于將來(lái)的項(xiàng)目或在組織內(nèi)部分享。

    PSoC Creator內(nèi)部包含了全功能免費(fèi)的編譯器，其獨(dú)特的綜合布線工具能夠自動(dòng)綜合客戶的設(shè)計(jì)輸入，并生成相應(yīng)的API。PSoC3的工程采用了工業(yè)界常用的Keil CA51編譯器，而GNU GCC-ARM編譯器也包含其中，能夠針對(duì)PSoC5的設(shè)計(jì)進(jìn)行編譯。在綜合，編譯等完成之后，生成兼容Intel Hex格式的配置文件對(duì)芯片進(jìn)行配置。

    PSoC Creator目前的版本是: PSoC Creator 1.0 Production. 該軟件運(yùn)行界面如下圖4。

圖4 PSoC Creator 運(yùn)行界面

    PSoC Creator提供給用戶的設(shè)計(jì)入口如下：

原理圖編輯器：該編輯器是創(chuàng)建設(shè)計(jì)的主要工具。支持對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行原理圖編輯。

文本編輯器：該工具允許用戶編輯C,匯編，Verilog, C#等語(yǔ)言代碼。

設(shè)計(jì)資源編輯器：該工具用于配置整個(gè)設(shè)計(jì)的參數(shù)，包括電源，編譯開(kāi)關(guān)，調(diào)試開(kāi)關(guān)，F(xiàn)lash保護(hù)信息，以及管腳分配等。

圖標(biāo)編輯器：允許用戶創(chuàng)建自己的模塊圖標(biāo)

其他工具：

- 原理圖宏編輯器：允許用戶對(duì)原理圖設(shè)置不同的宏以完成不同的功能。

- 原理圖模板編輯器：允許用戶對(duì)原理圖的模板進(jìn)行編輯

- 圖標(biāo)形狀編輯器：允許用戶在創(chuàng)建模塊以及原理圖中使用自定義的形狀。

    PSoC Creator在用戶通過(guò)設(shè)計(jì)入口完成設(shè)計(jì)之后，對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行一系列的處理并完成最終的結(jié)果輸出。該工具的對(duì)工程的構(gòu)建過(guò)程如圖5所示。

圖5 PSoC Creator工程構(gòu)建過(guò)程

    從圖5中可以看出，工程構(gòu)建過(guò)程包括以下步驟：

·通過(guò)設(shè)計(jì)輸入接口完成設(shè)計(jì)

·綜合器完成對(duì)電路圖的綜合，并進(jìn)行布局，布線，映射等工作

·代碼生成器生成對(duì)應(yīng)電路的API控制接口

·構(gòu)建器準(zhǔn)備設(shè)計(jì)源文件，讀取構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，獲得構(gòu)建配置，庫(kù)文件等信息

·編譯器完成編譯，鏈接器對(duì)生成的文件進(jìn)行鏈接

·輸出配置Hex文件。

三、 Cypress PSoC3應(yīng)用于多通訊接口的DMA設(shè)計(jì)

    DMA是PSoC3中用于處理快速數(shù)據(jù)搬運(yùn)的模塊。DMA的控制器可以在不需要CPU干預(yù)的情況下處理數(shù)據(jù)的傳輸。通過(guò)DMA處理數(shù)據(jù)傳輸可以有效地降低CPU的負(fù)擔(dān)，同時(shí)也能夠提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間。PSoC3內(nèi)置的DMA可以完成四種基本的數(shù)據(jù)傳輸：

·內(nèi)存到內(nèi)存

·內(nèi)存到外設(shè)

·外設(shè)到內(nèi)存

·外設(shè)到外設(shè)

    PSoC3中，采用PHUB來(lái)連接各個(gè)內(nèi)部設(shè)備。DMA和CPU都需要使用PHUB來(lái)完成數(shù)據(jù)傳輸。PHUB上的兩個(gè)主設(shè)備分別是DMA和CPU，而從設(shè)備是內(nèi)存，外設(shè)以及控制和配置寄存器。PSoC3支持多個(gè)DMA的通道，DMA主控制器對(duì)通道的請(qǐng)求按照優(yōu)先級(jí)進(jìn)行仲裁。單個(gè)DMA的通道可以傳輸高達(dá)64KB的數(shù)據(jù)。

    PSoC3的DMA控制器支持如下特性：

·支持24個(gè)DMA通道

·8優(yōu)先級(jí)判決

·128個(gè)事務(wù)描述符 

·8/16/32 位的數(shù)據(jù)傳輸

·完全可配置的源和目標(biāo)地址

·兼容不同數(shù)端

·在完成數(shù)據(jù)傳輸之后能夠生成中斷

·DMA 向?qū)軌蚣铀倩贒MA 的開(kāi)發(fā)

·DMA 事務(wù)可以有可編程數(shù)字邏輯或者CPU 觸發(fā)

·支持多個(gè)DMA 通道和描述符的級(jí)聯(lián)以完成復(fù)雜的功能。

3.1 在PSoC Creator 中使用DMA

    PSoC Creator 做為PSoC3 和PSoC5 開(kāi)發(fā)的設(shè)計(jì)工具，其內(nèi)部集成了DMA 模塊來(lái)配置DMA 和生成相關(guān)的控制代碼，同時(shí)提供的DMA 向?qū)?shí)現(xiàn)了圖形化操作界面。
DMA 模塊位于組件窗口的System 目錄下，如圖所示。

圖6 DMA 模塊位置

    通過(guò)拖曳到原理圖編輯器可以放置DMA 模塊，每次拖曳的DMA 會(huì)使用一個(gè)通道。DMA 模塊的輸入輸出地址等需要在代碼中進(jìn)行配置，而通過(guò)原理圖配置的都是控制管腳和控制信息。在原理圖上DMA 模塊的表現(xiàn)如下圖7 所示。

圖7 DMA 模塊

    它的輸入輸出的管腳共有三個(gè)。

    nrq – 輸出管腳。該管教用于表征DMA的傳輸完成，用來(lái)通知中斷控制器產(chǎn)生中斷或者用來(lái)觸發(fā)其他邏輯。當(dāng)完成傳輸之后DMA會(huì)生成一個(gè)2個(gè)總線周期的脈沖。
drq – 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在觸發(fā)條件選擇為硬件的時(shí)候才可見(jiàn)。該管腳可以連接到產(chǎn)生DMA事務(wù)請(qǐng)求的模塊，觸發(fā)條件可以配置成電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)。

    trq – 輸入管腳(可選)。該管腳是可選管腳，只有在結(jié)束條件選為硬件時(shí)才可見(jiàn)。該管腳觸發(fā)之后，DMA會(huì)停止數(shù)據(jù)傳輸。

在配置完成硬件連接以后，使用配置向?qū)?lái)完成對(duì)DMA的如下參數(shù)的配置:

·Byte Per Burst – 每次執(zhí)行Burst傳輸傳送的字節(jié)數(shù)

·Transaction Descriptor 的數(shù)量

·Endian (Big / Little)的配置

-傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)

·目標(biāo)地址

·源地址

·地址遞增模式

·TD連接模式

在PSoC Creator中打開(kāi)DMA向?qū)?，選擇要配置的DMA，進(jìn)入第一個(gè)頁(yè)面如圖8所示。

圖8 DMA 向?qū)?-配置

圖9 DMA詳細(xì)配置

    在圖9中輸入事務(wù)描述符號(hào)的參數(shù)。其中最為常用而且重要的參數(shù)包括：源地址，目標(biāo)地址，地址遞增模式，以及事務(wù)描述符的連接模式。在完成該步驟之后，點(diǎn)擊下一步，就會(huì)生成相應(yīng)的配置代碼，如圖10所示。

圖10 DMA 生成代碼

    復(fù)制上述代碼到程序的初始化模塊中，并對(duì)需要的地方進(jìn)行細(xì)微的修改，就可以完成DMA的初始化。在程序運(yùn)行時(shí)，DMA會(huì)根據(jù)請(qǐng)求自動(dòng)把數(shù)據(jù)從源地址搬運(yùn)到目標(biāo)地址。

3.2 DMA應(yīng)用于多通訊端口實(shí)例

    DMA的數(shù)據(jù)傳輸可以極大提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐率。以一個(gè)系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)通過(guò)SPI接收別的系統(tǒng)的輸入，并通過(guò)UART傳送到主機(jī)系統(tǒng)中。圖11給出了基于傳統(tǒng)MCU和基于PSoC3 DMA的兩種程序流程圖進(jìn)行比較（不考慮兩種傳送速率不匹配的情況）。

圖11 (a) 傳統(tǒng)MCU設(shè)計(jì) (b) PSoC3 DMA的設(shè)計(jì)

    傳統(tǒng)的MCU需要初始化SPI和UART通訊模塊，并配置兩者的中斷。當(dāng)SPI的Buffer滿了之后，就產(chǎn)生中斷，中斷程序首先中止新的SPI傳輸，然后檢測(cè)UART的Buffer，如果不為空就等待舊的數(shù)據(jù)傳送完。為空之后就把SPI的數(shù)據(jù)復(fù)制到TX Buffer 并打開(kāi)SPI接收后續(xù)數(shù)據(jù)。

基于PSoC3 DMA的設(shè)計(jì)中，可以基于原理圖實(shí)現(xiàn)上述的邏輯。如圖12所示。

圖12 系統(tǒng)邏輯圖

    當(dāng)SPI的Full信號(hào)和UART的Empty信號(hào)同時(shí)有效的時(shí)候，觸發(fā)DMA傳輸，把SPI Buffer中的數(shù)據(jù)傳送到UART的Buffer中。不需要CPU的干預(yù)就能夠完成多通訊口之間的數(shù)據(jù)共享。

    該通訊實(shí)例只是為了表明DMA在多通訊端口數(shù)據(jù)傳輸中的作用。在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)中，DMA可以操作的通訊端口包括：

·USB的端點(diǎn)

·UART的Buffer

·SPI的Buffer

·I2S的Buffer

·其他各種自定義的通訊協(xié)議

通過(guò)DMA可以高效的實(shí)現(xiàn)通訊接口之間的如下操作：

·各通訊端口之間的數(shù)據(jù)搬移

·通訊端口Buffer到PSoC3數(shù)字和模擬模塊之間的傳輸

·通訊端口Buffer自動(dòng)存放到內(nèi)存之中

·內(nèi)存到通訊口的數(shù)據(jù)搬移

·數(shù)字、模擬模塊到通訊口的數(shù)據(jù)搬移

四、 總結(jié)

    Cypress PSoC3處理器集成了多種可編程的數(shù)字模擬資源以及布線資源，以及一些專用的通訊和控制設(shè)備，可以極大地方便各種嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用。PSoC Creator作為PSoC3的開(kāi)發(fā)工具，能夠提供基于原理圖，功能組件的設(shè)計(jì)模式。使得用戶能夠用簡(jiǎn)單有效的方式來(lái)完成復(fù)雜的可編程系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

    通訊作為嵌入式系統(tǒng)的重要部分，在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要占用一定的CPU時(shí)間來(lái)處理。本文介紹的基于PSoC3的新設(shè)計(jì)方式，采用DMA高效的處理嵌入式系統(tǒng)通訊而不占用CPU處理時(shí)間，同時(shí)還可以基于PSoC3的靈活配置實(shí)現(xiàn)多路DMA并行操作以降低系統(tǒng)硬件成本。這種新方式能夠極大地提高基于PSoC3系統(tǒng)的吞吐能力和系統(tǒng)運(yùn)行效率。