dsp6455 + FPGA的EMIF数据接口

DSP通过EMIF接口与FPGA通信采集视频  

背景

     使用FPGA系统进行视频采集，DSP进行视频处理需要了解以下知识：
1.  DSP-C6000系列的中断与GPIO系统
2.  DSP-C6000系列的EMIFA模块
3.  DSP-C6000系列的EDMA模块
4.  FPGA的乒乓RAM
5.  一种视频格式（例如VGA，PAL等）
6.  视频处理算法

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主题

      EMIF是External Memory Interface的简称。个人认为它是DSP比较强大的地方之一。通过EMIF接口，使得DSP可以和FPGA很方便地进行大数据量的数据传输。

      C6455的EMIFA可以访问多种外部存储器，比如：SRAM,ROM,FLASH等等。当然，也包括FPGA。本文的重点就是介绍使用EMIFA接口与FPGA建立无缝连接。

EMIFA

根据习惯，还是先贴图，框图总给人一目了然的感觉。



这是官方文档给出的EMIFA模块的接口示意图，乍一看，复杂的很。好多引脚而且还有好多复用。没关系，我们再贴一张，你就会感觉轻松很多了。


这一张图首先是把EMIFA模块的接口分了类，然和呢，我把在与FPGA通信场合下所需要使用的管脚使用红色框框标注了出来。是不是少了很多呢。归纳一下标注的管脚，如下：
AED[63:0]        64位数据总线
AEA[19:0]        20位地址总线（Optional）
ACE2              片选信号（低有效）
AECLKOUT      时钟信号
ASWE             写使能（低有效）
ASRE               读使能（低有效）

 

（注：应用场合是DSP读FPGA内部RAM中的图像数据，其他场合续根据情况调整）

由于FPGA的可编程性，使得一切从DSP看来简单了许多。因为DSP面对的“存储器”显得格外智能。甚至连地址线都可以不需要。

 

下面，我们来一一分析上述的信号。
首先，应该是片选信号CE。这里不得不提到DSP的地址空间。下图是DSP6455的EMIFA映射情况



从图中可以看出：
EMIFA共支持4个外部存储器，比如可以把CE2分配给FPGA，CE3分配给SRAM，CE4分配给FLASH等。
每个外部存储器的寻址空间大小是8MB。20根地址线即2的20次方，也就是1MB，此外由于数据总线是64位的，故对应的寻址空间是8MB

由于FPGA内部时序逻辑可以产生地址，所以我们可以不使用地址线。这样，下面的事情就简单了。只要把CE2管脚和FPGA的某一个通用IO口连上即可。

在读取FPGA内部RAM数据时告诉EDMA要读取的数据的基地址是0xA0000000，以及读取的数据的长度即可。
第二个信号，ECLKOUT，即时钟信号的。因为FPGA工作是需要时钟激励的，没有时钟信号怎么产生地址逻辑呢？此外，时钟频率不能过高，要考虑到FPGA芯片的能力。OK,因为有了同步时钟，所以EMIFA模块的工作模式也就确定了，即同步工作模式。
第三个信号，包括2个，即ASRE,ASWE。更熟悉的叫法是RE,WE。读使能和写使能。这个就不赘述了。
第四个信号，数据总线&地址总线。也不赘述了。

经过上面的分析，我们可以简要的画出FPGA与DSP的连接图：



在连接的思路清晰之后，我们可以开始配置EMIFA的寄存器了。

其实也就只有1个比较重要的寄存器，即CEnCFG。该寄存器有两套完全不同的配置。分别对应于同步存储器模式和异步存储器模式。由于FPGA内部RAM工作于同步模式，故我们来看一下同步模式下该寄存器的配置。



SSEL设置为1时，表示该CE对应同步模式的外部存储器。
在与FPGA连接时，主要考虑以下四个参数：

R_ENABLE	设置SRE/SADS管脚功能
值为 1	管脚功能为SRE，即Read Enable
值为 0	管脚功能为SADS

W_LTNCY	写延时周期
值为 00	0周期延时
值为 01	1周期延时
值为 10	2周期延时
值为 11	3周期延时

R_LTNCY	读延时周期
值为 01	1周期延时
值为 10	2周期延时
值为 11	3周期延时

读延时：当CE和RE同时为低电平后，表示DSP开始读FPGA的RAM，经过R_LTNCY个ECLKOUT周期后第一个数据出现在数据总线上

SBSIZE	数据位宽
值为 00	8位数据总线
值为 01	16位数据总线
值为 10	32位数据总线
值为 11	64位数据总线

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EMIFA之CSL

使用CSL配置EMIFA模块时，主要的步骤如下：
l  1. 使能设备EMIFA模块
l  2. 配置CEnCFG寄存器
l  3. 初始化EMIFA模块
l  4. 打开EMIFA模块
l  5. 把2中配置的参数设置到打开的EMIFA模块中

 

完整配置代码：（把EMIFA的CE2配置为以FPGA作为外部存储器，64位数据线，2个周期的读延时）

/*-----------------------------------------------------------------------------------   *    *      初始化EMIFA     *    -----------------------------------------------------------------------------------*/  #define EMIFA_MEMTYPE_ASYNC     0  #define EMIFA_MEMTYPE_SYNC      1    #define EMIFA_CE2_BASE_ADDR  (0xA0000000)//地址空间基地址  #define CSL_EMIFA_SYNCCFG_RLTNCY_PARAMETER  2//读延时2周期  #define CSL_EMIFA_SYNCCFG_SBSIZE_PARAMETER  3//64位数据总线  #define CSL_EMIFA_SYNCCFG_READEN_PARAMETER 1//SRE    //CEnCFG寄存器参数宏  #define CSL_EMIFA_SYNCCFG_PARAMETER {\      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_READBYTEEN_DEFAULT, \      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_CHIPENEXT_DEFAULT, \      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_READEN_PARAMETER, \      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_WLTNCY_DEFAULT, \      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_RLTNCY_PARAMETER, \      (Uint8)CSL_EMIFA_SYNCCFG_SBSIZE_PARAMETER \  }    void Init_EMIF()  {   CSL_EmifaObj              emifaObj;   CSL_Status               status;   CSL_EmifaHwSetup         hwSetup;   CSL_EmifaHandle        hEmifa;   CSL_EmifaMemType         syncVal;   CSL_EmifaSync            syncMem = CSL_EMIFA_SYNCCFG_PARAMETER;        memset(&emifaObj, 0, sizeof(CSL_EmifaObj));            memset(&hwSetup, 0, sizeof(CSL_EmifaHwSetup));          //步骤1： 使能设备的EMIFA功能(不用先解锁外设寄存器)   CSL_FINST(((CSL_DevRegs*)CSL_DEV_REGS)->PERCFG1, DEV_PERCFG1_EMIFACTL, ENABLE);         //步骤2：配置CE2CFG寄存器      syncVal.ssel  = EMIFA_MEMTYPE_SYNC;      syncVal.async  = NULL;      syncVal.sync  = &syncMem;     hwSetup.ceCfg[0] = &syncVal;         hwSetup.ceCfg[1] = NULL;      hwSetup.ceCfg[2] = NULL;      hwSetup.ceCfg[3] = NULL;           //步骤3：初始化EMIFA模块   status = CSL_emifaInit(NULL);     #ifdef SHOW_PRINTF      if (status != CSL_SOK) {          printf("EMIFA: Initialization error.\n");          printf("\tReason: CSL_emifaInit [status = 0x%x].\n", status);                 return;      }      else {          printf("EMIFA: Module Initialized.\n");      }  #endif     //步骤4：打开EMIFA模块   hEmifa = CSL_emifaOpen(&emifaObj,CSL_EMIFA,NULL,&status);     #ifdef SHOW_PRINTF      if ((status != CSL_SOK) || (hEmifa == NULL)) {          printf("EMIFA: Error opening the instance. [status = 0x%x, hEmifa \                  = 0x%x]\n", status, hEmifa);                  return;      }      else {          printf("EMIFA: Module instance opened.\n");      }  #endif      //步骤5：把步骤2中配置的参数设置到打开的EMIFA模块中   status = CSL_emifaHwSetup(hEmifa,&hwSetup);  #ifdef SHOW_PRINTF      if (status != CSL_SOK) {          printf("EMIFA: Error in HW Setup.\n");                    printf("Read write operation fails\n");          return;             }      else {          printf("EMIFA: Module Hardware setup is successful.\n");      }  #endif   }