Blackfin DSP(八)：1D DMA与音频处理模板

1.DMA产生的背景

　　在许多需要使用DSP 的场合，一般都需要大量的数据搬移工作，而如果每次数据搬移都由DSP 内核来参与完成，将大大占用DSP 内核的处理时间，从而严重影响其信号处理能力。因此，Blackfin DSP 集成了直接访问（DMA）控制器来完成数据搬移这种简单却耗时的工作。它可以直接进行数据搬移而不需要内核的参与。

说说我对DMA的理解：其实我觉得DMA不算难，反而十分便利，将它想象成城市供水局，为了给城市中不同的小区供水，最原始的办法就是挨家挨户的去送，这就耗费了大量的供水局(DSP内核)的人力物力，而当我们建成了自来水管道(DMA通道)，一端连接到自来水厂(数据源)，一端连接到需要供水的小区(目的地)，当需要供水时阀门一开(DMA_ENABLE)，自来水(数据)就源源不断的在管道中流动，再也不需要其它人员的参与了，是不是很方便？？？下面就看看DSP中的这条管道是如何建立的。

2.BF533的DMA总线结构图如下：

　　　　

　　从图中可以看出，DMA可以在各种存储器与外设之间直接进行数据传输。

3. DMA的种类

　　DMA分为基于寄存器的DMA和基于描述符的DMA：

　　1)基于寄存器的DMA

　　　　允许用户直接对DMA寄存器进行编程，当DMA完成时，由配置寄存器中特定的位来决定接下来的动作：是重装初始值，还是自动停止。

　　2)基于描述符的DMA

　　　　这种DMA要求我们先将所要设置的寄存器值存储在内存单元中，这组参数就叫做描述符，然后配置Current Descriptor Pointer寄存器和NEXT_DESC_PTR寄存器指向这组描述符，当DMA开始时，内核会自动控制将这组描述符按顺序载入到DMA控制寄存器中，从而完成对DMA的初始化。

　　　　当然，描述符的排列顺序是有要求的，根据不同的排列顺序就衍生出了以下几种描述符的排列方式：Array mode，small mode和Large model，直接从图就可以看出他们的区别，就不再用语言描述了。

　　　　

　　　　在本音频处理模板中，采用的是直接配置寄存器的方法。

4.如何配置寄存器

　　对于不同的传输模式，需要配置的寄存器也不同。每种模式至少需要配置以下寄存器：

　　　　

　以下例程将DMA与SPORT相连，接收SPORT传递来的数据，同时也通过SPORT将数据发送出去：

//--------------------------------------------------------------------------//
// Function:    Init_DMA                                                    //
//                                                                            //
// Description:    Initialize DMA1 in autobuffer mode to receive and DMA2 in    //
//                autobuffer mode to transmit                                    //
//--------------------------------------------------------------------------//
void Init_DMA(void)
{
    // Set up DMA1 to receive
    // Map DMA1 to Sport0 RX
    *pDMA1_PERIPHERAL_MAP = 0x1000;

    // Configure DMA1
    // 32-bit transfers, Interrupt on completion, Autobuffer mode
    *pDMA1_CONFIG = WNR | WDSIZE_32 | DI_EN | 0x1000;
    // Start address of data buffer
    *pDMA1_START_ADDR = (void *)iRxBuffer1;
    // DMA inner loop count
    *pDMA1_X_COUNT = 4;
    // Inner loop address increment
    *pDMA1_X_MODIFY = 4;


    // Set up DMA2 to transmit
    // Map DMA2 to Sport0 TX
    *pDMA2_PERIPHERAL_MAP = 0x2000;

    // Configure DMA2
    // 32-bit transfers, Autobuffer mode
    *pDMA2_CONFIG = WDSIZE_32 | 0x1000;
    // Start address of data buffer
    *pDMA2_START_ADDR = (void *)iTxBuffer1;
    // DMA inner loop count
    *pDMA2_X_COUNT = 4;
    // Inner loop address increment
    *pDMA2_X_MODIFY = 4;
}

　这里最需要说明的就是COUNT和MODIFY的值。COUNT指定了每次要读取/发送的element的数量，这个element就是CONFIG寄存器中的WDSIZE_32，也就是说，当COUNT=4时，我们共要传输的数据为4个32位字。因此需要的缓冲的大小为4×32 = 4×sizeof(int)，由此可以推断程序中iTxBuffer1的定义为：

int iTxBuffer1[4];

而MODIFY的值指出，当每次COUNT值减1时，也就是每次传输完一个elements时，指针移动的字节数，注意，是字节数！此时MODIFY的值至少为4，否则就会发生覆盖现象。示意图如下：

　　　　

当传输完毕后，由于设置的是Autobuffer 模式，当这4个elements传输结束后，参数寄存器会自动重载当前寄存器的值，0延时的重新开始下一次传输。因此DMA的开启和停止都需要手动来完成：

//--------------------------------------------------------------------------//
// Function:    Enable_DMA_Sport                                            //
//                                                                            //
// Description:    Enable DMA1, DMA2, Sport0 TX and Sport0 RX                    //
//--------------------------------------------------------------------------//
void Enable_DMA_Sport0(void)
{
    // enable DMAs
    *pDMA2_CONFIG    = (*pDMA2_CONFIG | DMAEN);
    *pDMA1_CONFIG    = (*pDMA1_CONFIG | DMAEN);

    // enable Sport0 TX and RX
    *pSPORT0_TCR1     = (*pSPORT0_TCR1 | TSPEN);
    *pSPORT0_RCR1     = (*pSPORT0_RCR1 | RSPEN);
}

以上就是DMA的设置过程，下面趁热打铁，利用上述设置，介绍音频处理模板。

<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<<   分隔符  >>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>>

本模板使用ezkit-533，通过SPI接口将AD1836配置为I2S模式，然后利用SPORT0口接收数据的采样值，并通过DMA传输给DSP，DSP处理后，再通过SPORT0口传回DAC，输出波形。配置的过程如下：

　　1)EBIU初始化，见Blackfin DSP(三)：BF533 的EBIU接口之flash和Blackfin DSP(四)：BF533 EBIU之SDRAM；
　　2)SPI初始化，见Blackfin DSP(五)：BF533的SPI接口

　　3)SPORT0初始化，见Blackfin DSP(六)：BF533的SPORT接口

　　4)DMA setup；

　　5)配置系统中断；

void main(void)
{

    Set_PLL(10,2);          //初始化PLL
    Init_EBIU();            //初始化EBIU，与flash接口
    Init_SDRAM();           //初始化SDRAM
    ezConfigureFlashA();    //配置板载flash的IO口方向，主要为了引脚复位AD1836

    Init1836();
    Init_Sport0();
    Init_DMA();
    Init_Interrupts();
    Enable_DMA_Sport0();

    while(1);

}

对于AD1836的配置如下：

// names for codec registers, used for sCodec1836TxRegs[]
#define DAC_CONTROL_1        0x0000
#define DAC_CONTROL_2        0x1000
#define DAC_VOLUME_0        0x2000
#define DAC_VOLUME_1        0x3000
#define DAC_VOLUME_2        0x4000
#define DAC_VOLUME_3        0x5000
#define DAC_VOLUME_4        0x6000
#define DAC_VOLUME_5        0x7000
#define ADC_0_PEAK_LEVEL    0x8000
#define ADC_1_PEAK_LEVEL    0x9000
#define ADC_2_PEAK_LEVEL    0xA000
#define ADC_3_PEAK_LEVEL    0xB000
#define ADC_CONTROL_1        0xC000
#define ADC_CONTROL_2        0xD000
#define ADC_CONTROL_3        0xE000

// names for slots in ad1836 audio frame
#define INTERNAL_ADC_L0            0
#define INTERNAL_ADC_R0            2
#define INTERNAL_DAC_L0            0
#define INTERNAL_DAC_R0            2
#define INTERNAL_ADC_L1            1
#define INTERNAL_ADC_R1            3
#define INTERNAL_DAC_L1            1
#define INTERNAL_DAC_R1            3

volatile short sCodec1836TxRegs[CODEC_1836_REGS_LENGTH] =
{
                    DAC_CONTROL_1    | 0x000,
                    DAC_CONTROL_2    | 0x000,
                    DAC_VOLUME_0    | 0x3ff,
                    DAC_VOLUME_1    | 0x3ff,
                    DAC_VOLUME_2    | 0x3ff,
                    DAC_VOLUME_3    | 0x3ff,
                    DAC_VOLUME_4    | 0x000,
                    DAC_VOLUME_5    | 0x000,
                    ADC_CONTROL_1    | 0x000,
                    ADC_CONTROL_2    | 0x000,
                    ADC_CONTROL_3    | 0x000

};

void Init1836(void)
{
    int i;
    int j;
    static unsigned char ucActive_LED = 0x01;

    // write to Port A to reset AD1836
    *pFlashA_PortA_Out = 0x00;

    // write to Port A to enable AD1836
    *pFlashA_PortA_Out = ucActive_LED;

    // wait to recover from reset
    for (i=0; i<0xf0000; i++) asm("nop;");

    // Enable PF4
    *pSPI_FLG = FLS4;
    // Set baud rate SCK = HCLK/(2*SPIBAUD) SCK = 2MHz
    *pSPI_BAUD = 16;
    // configure spi port
    // SPI DMA write, 16-bit data, MSB first, SPI Master
    *pSPI_CTL = 0x0003 | SIZE | MSTR;

    // Set up DMA5 to transmit
    // Map DMA5 to SPI
    *pDMA5_PERIPHERAL_MAP    = 0x5000;

    // Configure DMA5
    // 16-bit transfers
    *pDMA5_CONFIG = WDSIZE_16;
    // Start address of data buffer
    *pDMA5_START_ADDR = (void *)sCodec1836TxRegs;
    // DMA inner loop count
    *pDMA5_X_COUNT = CODEC_1836_REGS_LENGTH;
    // Inner loop address increment
    *pDMA5_X_MODIFY = 2;

    // enable DMAs
    *pDMA5_CONFIG = (*pDMA5_CONFIG | DMAEN);
    // enable spi
    *pSPI_CTL = (*pSPI_CTL | SPE);

    // wait until dma transfers for spi are finished
    for (j=0; j<0xaff0; j++) asm("nop;");

    // disable spi
    *pSPI_CTL = 0x0000;
}

SPORT0的初始化：

//--------------------------------------------------------------------------//
// Function:    Init_Sport0                                                    //
//                                                                            //
// Description:    Configure Sport0 for I2S mode, to transmit/receive data     //
//                to/from the AD1836. Configure Sport for external clocks and //
//                frame syncs.                                                //
//--------------------------------------------------------------------------//
void Init_Sport0(void)
{
    // Sport0 receive configuration
    // External CLK, External Frame sync, MSB first, Active Low
    // 24-bit data, Stereo frame sync enable
    *pSPORT0_RCR1 = RFSR | RCKFE;
    *pSPORT0_RCR2 = 0x0017 | RXSE | RSFSE;

    // Sport0 transmit configuration
    // External CLK, External Frame sync, MSB first, Active Low
    // 24-bit data, Secondary side enable, Stereo frame sync enable
    *pSPORT0_TCR1 = TFSR | TCKFE;
    *pSPORT0_TCR2 = 0x0017 | TXSE | TSFSE;
}

每一次DMA传输完毕后，都会进入中断函数，调用Process_data()进行数据处理，系统中断配置：

//--------------------------------------------------------------------------//
// Function:    Init_Interrupts                                                //
//                                                                            //
// Description:    Initialize Interrupt for Sport0 RX                            //
//--------------------------------------------------------------------------//
void Init_Interrupts(void)
{
    // Set Sport0 RX (DMA1) interrupt priority to 2 = IVG9
    *pSIC_IAR0 = 0xffffffff;
    *pSIC_IAR1 = 0xffffff2f;
    *pSIC_IAR2 = 0xffffffff;

    // assign ISRs to interrupt vectors
    // Sport0 RX ISR -> IVG 9
    register_handler(ik_ivg9, Sport0_RX_ISR);

    // enable Sport0 RX interrupt
    *pSIC_IMASK = 0x00000200;
}

//--------------------------------------------------------------------------//
// Function:    Sport0_RX_ISR                                                //
//                                                                            //
// Description: This ISR is executed after a complete frame of input data     //
//                has been received. The new samples are stored in             //
//                iChannel0LeftIn, iChannel0RightIn, iChannel1LeftIn and         //
//                iChannel1RightIn respectively.  Then the function             //
//                Process_Data() is called in which user code can be executed.//
//                After that the processed values are copied from the         //
//                variables iChannel0LeftOut, iChannel0RightOut,                 //
//                iChannel1LeftOut and iChannel1RightOut into the dma         //
//                transmit buffer.                                            //
//--------------------------------------------------------------------------//
EX_INTERRUPT_HANDLER(Sport0_RX_ISR)
{
    // confirm interrupt handling
    *pDMA1_IRQ_STATUS = 0x0001;

    // copy input data from dma input buffer into variables
    iChannel0LeftIn = iRxBuffer1[INTERNAL_ADC_L0];
    iChannel0RightIn = iRxBuffer1[INTERNAL_ADC_R0];
    iChannel1LeftIn = iRxBuffer1[INTERNAL_ADC_L1];
    iChannel1RightIn = iRxBuffer1[INTERNAL_ADC_R1];

    // call function that contains user code
    Process_Data();

    // copy processed data from variables into dma output buffer
    iTxBuffer1[INTERNAL_DAC_L0] = iChannel0LeftOut;
    iTxBuffer1[INTERNAL_DAC_R0] = iChannel0RightOut;
    iTxBuffer1[INTERNAL_DAC_L1] = iChannel1LeftOut;
    iTxBuffer1[INTERNAL_DAC_R1] = iChannel1RightOut;
}

这里的Process_Data()可以按照自己的需求添加信号处理函数，下面代码只是将连续的256个int32_t类型的音频采样点数据保存到数组中，输入和输出都只取了一个通道，即通道0的右声道。

int32_t audio_data[256];
uint16_t cnt=0;

void Process_Data(void)
{
    cnt %= 256;
    if(cnt<256)
    {
        audio_data[cnt] = (iChannel0RightIn<<8);  
        cnt ++ ;
    }

    //iChannel0LeftOut = iChannel0LeftIn;
    iChannel0RightOut = iChannel0RightIn; //原样输出
    //iChannel1LeftOut = iChannel1LeftIn;
    //iChannel1RightOut = iChannel1RightIn;
}

注意这里的 (iChannel0RightIn<<8);  这是因为AD1836的数据是24位的，符号位在第24位上，而我们的数组是int32的，所以需要左移8位将符号位放置到最高位上。

用IDE的plot功能将audio_data[256]显示出来，结果如下：

　　

如果继续相对数据进行其他处理比如FFT，做一个“if(cnt==256)  FFT_func(audio_data[256]);” 运算即可；

FFT变换结果：