摘要：針對周期數據傳輸涉及的數據如何傳輸和周期任務調度，主要研究SPI和EDMA結合的數據傳輸方法，并利用時鐘中斷及查詢進行周期任務調度的方法。采用的數據傳輸方法和調度方法能完成大量數據傳輸，避免CPU消耗，保證數據傳輸實時性。且最終通過一個示例說明，數據傳輸的過程并對各項技術優(yōu)缺點進行了分析與討論。

關鍵詞 周期任務;數據傳輸;時鐘中斷查詢

MPC5554是汽車控制器中常用的一款芯片，其集成了DSPI和EDMA等眾多模塊。DSPI可與外部模塊進行高速通信，但傳輸過程占用大量CPU資源，影響其他任務的執(zhí)行。本文主要研究了在MPC5554芯片上，SPI和EDMA配合進行數據傳輸的方法，該方式在保障SPI高速、實時、高吞吐通訊的前提下，又解放了CPU，整個通訊過程基本無需CPU參與，這樣CPU就可以給其他任務分配更多的資源，從而大幅提高系統(tǒng)性能。文中給出了SPI和 EDMA之間與外設的連接方式。同時在汽車控制器中，數據傳輸通過多個周期傳輸任務進行，相同周期傳輸任務具有相同的優(yōu)先級，不同周期任務的調度時機和調度周期不同，本文設計實現(xiàn)了采用時鐘中斷和查詢方式進行周期傳輸任務調度的方法，給出了算法步驟，并舉例對算法應用進行了說明。此方法已被應用在汽車控制器中，且系統(tǒng)運行穩(wěn)定。

1 SPI與EDMA結合的數據傳輸方式

使用DSPI(串行/解串外圍設備接口)模塊的最簡單的方式是將其配置為符合工業(yè)標準的SPI(串行外設接口)模式，是高速數據傳輸的理想選擇。但SPI在與外設進行通信時，會占用較多的CPU資源，采用EDMA中斷方式可在處理器最小程度的參與下，滿足大數據量通信要求。本文將SPI和 EDMA結合進行數據傳輸，該方法在保證SPI高速、實時的前提下，整個過程無需CPU參與，CPU可以并行執(zhí)行其他任務。

1.1 與外部設備的連接方式

圖1所示為DSPI和EDMA與燃油芯片的連接方式。通過EDMA將大量數據從內存?zhèn)魉偷絊PI緩沖區(qū)，再通過SPI配置將數據發(fā)送到燃油芯片;反之，燃油芯片將通信數據發(fā)送給SPI緩沖區(qū)，再通過EDMA將數據傳送到內存中。EDMA傳輸主要通過TCD通道完成，發(fā)送和接收采用不同的 TCD通道。

1.2 SPI和EDMA配置

在MPC5554中有DSPIA，DSPIB，DSPIC和DSPID，在此只使用DSPIA。其發(fā)送和接收緩沖均利用FIFO實現(xiàn)。 EDMA的TCD發(fā)送通道向DSPIA發(fā)送緩沖區(qū)發(fā)送數據，TCD接收通道從DS PIA接收緩沖區(qū)接收數據。DSPI的發(fā)送緩沖FIFO有4級深度，復位后，發(fā)送緩沖的FIFO產生EDMA請求以要求填充數據。當EDMA和DSPI被設置為共同操作后，EDMA將從其傳輸控制描述塊定義的隊列中開始讀取數據填充SPI發(fā)送緩沖。發(fā)送緩沖中只要有待發(fā)送數據就會立刻傳送到移位寄存器中被發(fā)送。接收緩沖FIFO也有4級深度，保證即使有延遲發(fā)生數據也能正常發(fā)送接收。

2 數據周期傳輸任務調度算法

本文主要研究多個周期性的數據傳輸任務的調度方式，僅考慮調度時機和調度周期，不考慮任務優(yōu)先級和任務搶占等其他因素。不同的周期任務一般均采用不同的調度時機和調度周期，設計采用時鐘中斷和查詢方式的周期數據傳輸任務調度算法，使得每個周期任務能按照任務本身的調度時機和調度周期進行實時調度，不受其他周期任務干擾。算法步驟如下：

(1)獲取每個周期任務的調度周期和調度時機，并求取這些時間值的最大公約數pnum。

(2)求取每個周期任務的調度周期和調度時機相對于pnum的倍數，并將周期任務入口和這些倍數存儲在如圖2所示的Struct數據結構中。

將每個周期任務的struct：信息順序存儲在緩沖區(qū)中。

(3)設置時鐘中斷的時問值為pnum。

(4)在時鐘中斷觸發(fā)后，對緩沖區(qū)中的每一個周期任務信息按照順序進行查詢。查詢過程中對字段At_turn進行判斷，若At_turn=0，則進入*function指定的周期任務入口執(zhí)行周期任務，同時將At_period寫入At_turn字段，否則At_turn減1。對一個周期任務處理完成后再進行下一個周期任務的查詢和處理。偽代碼如圖3所示。

3 應用

在某采用MPC5554芯片的汽車控制器中，通過本文方法向燃油芯片持續(xù)發(fā)送數據，使得燃油芯片保持正常工作狀態(tài)。在此汽車控制器中有4個數據傳輸周期任務，每個周期任務的調度時機和調度周期如表1所示。

4個任務的調度時機和調度周期時間的最大公約數為5 ms，設置時鐘中斷周期為5 ms，將每個周期任務的調度時機和調度周期與5 ms的倍數關系存儲在各自任務結構中并寫入緩沖區(qū)中，緩沖中的任務信息存儲如下：

{

周期任務1入口，4，0;

周期任務2入口，6，1;

周期任務3入口，2，2;

周期任務4入口，4，3;

}

程序運行過程中，通過查詢緩沖區(qū)中的任務信息，當任務的At_turn值達到0時，表示應該執(zhí)行對應任務，同時將At_period值寫入At_turn，重新開始調度周期的計數。

在任務執(zhí)行過程中，采用SPI和EDMA配合的方式進行數據傳輸。發(fā)送采用EDMA的TCD32通道，接收采用EDMA的TCD33通道。DSPIA和EDMA發(fā)送接收通道地址配置如圖4所示，其他長度、模式等配置信息與發(fā)送過程相關。

在時鐘中斷觸發(fā)后，以上周期傳輸任務部分執(zhí)行情況如表2所示。

4 結束語

采用本文周期傳輸任務調度的算法與SPI及EDMA結合的方式進行數據傳輸可滿足大量高速數據實時傳輸，且不影響CPU執(zhí)行其他任務，算法易于實現(xiàn)、計算量少，采用的數據結構和軟件結構易于修改和擴展，任務調度方式靈活、適用面廣、可應用于其他周期任務的調度。但算法也存在一定的局限性，例如一次傳輸數據量受到sPI緩沖區(qū)深度的限制;周期傳輸任務的調度周期和調度時機各數據之間倍數關系越明顯，則算法效率越高;若倍數關系不明顯，最大公約數較小，則時鐘中斷會較頻繁的觸發(fā)，且查詢操作運行次數會增加，影響算法運行效率;存儲周期任務信息也會占用一定的存儲空間，后期可完善算法減少信息存儲和查詢操作，從而進一步提高資源利用率。