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為何TI的GPMC并口，更常被用于連接FPGA、ADC？我給出3個(gè)理由

2022/05/26

1 GPMC并口簡介

GPMC(General Purpose Memory Controller)是TI處理器特有的通用存儲(chǔ)器控制器接口，是AM335x、AM437x、AM5708、AM5728等處理器專用于與外部存儲(chǔ)器設(shè)備的接口，如：

● 類似于異步SRAM內(nèi)存和專用集成電路(ASIC)設(shè)備。

● 異步，同步，和頁面模式（僅適用于非復(fù)用模式）突發(fā)NOR閃存設(shè)備。

● NAND閃存。

● ADC器件。

圖 1 GPMC概述

2 GPMC并口特點(diǎn)

為什么工業(yè)領(lǐng)域在與FPGA/ADC通信的時(shí)候，更喜歡使用GPMC接口呢？本文給出3個(gè)理由，那就是：高帶寬、連接模式豐富、配置靈活。具體如下：

PS：下文將介紹基于AM570x GPMC的ARM + FPGA通信案例、多通道AD(AD7606/ADS8568)采集綜合案例。

(1) 高帶寬，速率可達(dá)100MB/s以上

以AM57x為例，通過GPMC接口與FPGA連接，采用DMA的方式讀取FPGA端的數(shù)據(jù)，速度可達(dá)69MB/s，實(shí)際上通過配置GPMC接口的時(shí)序參數(shù)和不同工作模式，速率可超過100MB/s。

(2) 連接模式豐富，靈活的8位和16位異步存儲(chǔ)器接口

由于有g(shù)pmc_ad[15:0] 16個(gè)信號(hào)引腳可支持地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用和非復(fù)用模式，這讓GPMC與外設(shè)的連接模式變得很豐富，可以和寬范圍的外部設(shè)備通信，如：

● 外部異步或同步8-bit位寬內(nèi)存或設(shè)備（非突發(fā)設(shè)備）

● 外部異步或同步16-bit位寬內(nèi)存或設(shè)備

● 外部16-bit非復(fù)用NOR Flash設(shè)備

● 外部16-bit地址和數(shù)據(jù)復(fù)用NOR Flash設(shè)備

● 外部8-bit和16-bit NAND Flash設(shè)備

● 外部16-bit偽SRAM(pSRAM)設(shè)備

下面介紹幾種連接模式。

1) 16-bit Address/Data Multiplexed（地址線與數(shù)據(jù)線復(fù)用模式）

圖 2

2) 16-bit Nonmultiplexed（地址線與數(shù)據(jù)線非復(fù)用模式）

圖 3

3) 8-bit Nonmultiplexed（地址線與數(shù)據(jù)線非復(fù)用模式）

圖 4

4) 8-bit NAND（僅使用數(shù)據(jù)線模式）

此模式適用于無需地址線的場合，例如GPMC與NAND FLASH連接。NAND FLASH無需地址線，通過數(shù)據(jù)線D[x:0]發(fā)送讀寫命令，進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取/寫入。

圖 5

(3) 配置靈活，具有多達(dá)8個(gè)片選

GPMC基本編程模型提供了最大的靈活性，以支持八個(gè)可配置片選中不同的時(shí)序參數(shù)和位寬配置。可根據(jù)外部設(shè)備的特點(diǎn)，使用最佳的片選設(shè)置。

● 可選擇不同的協(xié)議，以支持通用異步或同步隨機(jī)訪問設(shè)備（NOR閃存，SRAM）或支持特定的NAND器件。

● 地址和數(shù)據(jù)總線可在同一個(gè)外部總線上復(fù)用。

● 讀和寫訪問可獨(dú)立定義為異步或同步。

● 系統(tǒng)請(qǐng)求（字節(jié)，16位字，突發(fā)）是通過單次或多次訪問進(jìn)行。外部設(shè)備訪問配置文件（單或多個(gè)優(yōu)化的突發(fā)長度，本地包或仿真包）是基于外部設(shè)備特性（支持協(xié)議，總線寬度，數(shù)據(jù)緩沖區(qū)大小，本地包支持）。

● 系統(tǒng)突發(fā)讀或?qū)懻?qǐng)求是同步突發(fā)（多個(gè)讀，或多個(gè)寫）。在沒有突發(fā)或頁面模式時(shí)是由外部存儲(chǔ)器或ASIC設(shè)備支持，系統(tǒng)突發(fā)讀或?qū)懻?qǐng)求轉(zhuǎn)換為連續(xù)單一的同步或異步訪問（單一讀，或單一寫）。僅在單一同步或單一異步讀或?qū)懩Ｊ较轮С?位寬的設(shè)備。

為了模擬一個(gè)可編程的內(nèi)部等待狀態(tài)，一個(gè)外部等待引腳可被監(jiān)控，以在開始（初始訪問時(shí)間）和突發(fā)訪問期間動(dòng)態(tài)的控制外部訪問。

圖 6 GPMC框圖

3 GPMC并口應(yīng)用案例

創(chuàng)龍科技基于AM5708、AM5728設(shè)計(jì)的工業(yè)評(píng)估板——TL570x-EVM、TL5728-EasyEVM，由核心板和評(píng)估底板組成。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB Layout和高低溫測試驗(yàn)證，穩(wěn)定可靠，可滿足運(yùn)動(dòng)控制、工業(yè)PC、機(jī)器視覺、智能電力、視頻監(jiān)測等工業(yè)應(yīng)用環(huán)境。

* AM5708

圖7 SOM-TL570x核心板

圖8 TL570x-EVM開發(fā)板

* AM5728

圖9 SOM-TL5728核心板

圖10 TL5728-EasyEVM開發(fā)板

以上產(chǎn)品的規(guī)格書、用戶手冊(cè)、核心板硬件等資料，

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圖 11

本文講解基于AM570x GPMC的ARM + FPGA通信案例、多通道AD采集綜合案例。

3.1 基于GPMC的ARM + FPGA通信案例

3.1.1 案例功能

DSP端使用EDMA將數(shù)據(jù)搬運(yùn)到指定的內(nèi)存空間物理地址（GPMC片選基地址），再將數(shù)據(jù)讀取回來并保存到DSP端L2SRAM，并校驗(yàn)數(shù)據(jù)讀寫的正確性、計(jì)算數(shù)據(jù)讀寫速率。ARM端通過MessageQ發(fā)送讀寫地址與讀寫大小到DSP端，DSP端讀寫對(duì)應(yīng)內(nèi)存空間，并返回傳輸時(shí)間及傳輸速率到ARM端。GPMC的初始化由ARM端驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)。

程序工作流程框圖如下所示。

圖 12

3.1.2 案例測試

將TL-HSAD-LX采集卡通過TL-HSAD-LX-PinBoard轉(zhuǎn)接板和軟排線，插到TL570x-EVM評(píng)估板的GPMC拓展接口J5上，并使用5V2A電源給TL-HSAD-LX采集卡供電，硬件連接圖如下。

圖 13

圖 14 測試結(jié)果

EDMA單次傳輸數(shù)據(jù)大小為2KByte(0x800)，總共循環(huán)100次。如需再次測試讀寫速度，請(qǐng)重新運(yùn)行DSP端程序。

從上圖可看到本次測試的誤碼率為0%(errcnt: 0)；平均寫入時(shí)間約為101us，寫入速率約為38.53MB/s；平均讀取時(shí)間約為118us，讀取速率約為32.98MB/s。

備注：本次測試板卡通過軟排線的形式連接，軟排線的長度會(huì)影響誤碼率和讀寫帶寬，目前測得最高速率為38.53MB/s（寫入速率）。如將FPGA設(shè)計(jì)于底板，最高速率可到69MB/s（寫入時(shí)間為28us）。

3.2 基于GPMC的多通道AD采集綜合案例

3.2.1 案例功能

AM570x DSP端使用EDMA通過GPMC接口采集AD7606或ADS8568模塊8通道的AD信號(hào)，同時(shí)由DSP端對(duì)其中6通道的AD信號(hào)進(jìn)行FFT處理，最后將8通道時(shí)域數(shù)據(jù)和經(jīng)FFT處理的6通道頻域數(shù)據(jù)保存到DSP端L2SRAM中，可通過仿真器與CCS軟件查看對(duì)應(yīng)通道的時(shí)域波形和頻域波形。

程序保存通道0的時(shí)域數(shù)據(jù)和經(jīng)FFT處理的頻域數(shù)據(jù)至CMEM（共享內(nèi)存）空間，通過IPC組件通知ARM端讀取該通道的時(shí)域數(shù)據(jù)和頻域數(shù)據(jù)，使用Qt在LCD顯示屏上進(jìn)行波形繪制，最后將數(shù)據(jù)保存到文件中。

本案例默認(rèn)配置AD7606模塊采樣周期為6us，即采樣率約為167KHz；配置ADS8568模塊采樣周期分別為5us，即采樣率為200KHz。程序工作流程框圖如下所示：

圖 15

3.2.2 案例測試

將Tronlong的TL7606I(AD7606)模塊或TL8568I(ADS8568)模塊插入評(píng)估板GPMC擴(kuò)展接口，并對(duì)模塊進(jìn)行獨(dú)立供電。TL7606I模塊使用5V電源供電，J1跳線帽連接到0，使用±5V量程。TL8568I模塊使用12V電源供電，軟件已配置為±12V量程。

將模塊的待測輸通道正確連接信號(hào)發(fā)生器，信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為4KHz、峰峰值為2Vpp（即幅值為1V）的正弦波信號(hào)。待測信號(hào)電壓請(qǐng)勿超過模塊量程，否則可能會(huì)導(dǎo)致模塊損壞。評(píng)估板接入LCD顯示屏，并通過仿真器連接到PC機(jī)。硬件連接示意圖如下：

圖 16 TL7606I模塊硬件連接示意圖