GPMC并口簡介、特點及應用案例

1 GPMC并口簡介

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

● 類似于異步SRAM內(nèi)存和專用集成電路(ASIC)設備。

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

● NAND閃存。

● ADC器件。

圖 1 GPMC概述

2 GPMC并口特點

為什么工業(yè)領域在與FPGA/ADC通信的時候，更喜歡使用GPMC接口呢?本文給出3個理由，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69MB/s，實際上通過配置GPMC接口的時序參數(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位異步存儲器接口

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

● 外部異步或同步8-bit位寬內(nèi)存或設備(非突發(fā)設備)

● 外部異步或同步16-bit位寬內(nèi)存或設備

● 外部16-bit非復用NOR Flash設備

● 外部16-bit地址和數(shù)據(jù)復用NOR Flash設備

● 外部8-bit和16-bit NAND Flash設備

● 外部16-bit偽SRAM(pSRAM)設備

下面介紹幾種連接模式。

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

圖 2

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

圖 3

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

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，進行數(shù)據(jù)讀取/寫入。

圖 5

(3) 配置靈活，具有多達8個片選

GPMC基本編程模型提供了最大的靈活性，以支持八個可配置片選中不同的時序參數(shù)和位寬配置?？筛鶕?jù)外部設備的特點，使用最佳的片選設置。

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

● 地址和數(shù)據(jù)總線可在同一個外部總線上復用。

● 讀和寫訪問可獨立定義為異步或同步。

● 系統(tǒng)請求(字節(jié)，16位字，突發(fā))是通過單次或多次訪問進行。外部設備訪問配置文件(單或多個優(yōu)化的突發(fā)長度，本地包或仿真包)是基于外部設備特性(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)懻埱笫峭酵话l(fā)(多個讀，或多個寫)。在沒有突發(fā)或頁面模式時是由外部存儲器或ASIC設備支持，系統(tǒng)突發(fā)讀或?qū)懻埱筠D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?位寬的設備。

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

圖 6 GPMC框圖

3 GPMC并口應用案例

創(chuàng)龍科技基于AM5708、AM5728設計的工業(yè)評估板——TL570x-EVM、TL5728-EasyEVM，由核心板和評估底板組成。核心板經(jīng)過專業(yè)的PCB Layout和高低溫測試驗證，穩(wěn)定可靠，可滿足運動控制、工業(yè)PC、機器視覺、智能電力、視頻監(jiān)測等工業(yè)應用環(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

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，并校驗數(shù)據(jù)讀寫的正確性、計算數(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端讀寫對應內(nèi)存空間，并返回傳輸時間及傳輸速率到ARM端。GPMC的初始化由ARM端驅(qū)動程序?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轉接板和軟排線，插到TL570x-EVM評估板的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，請重新運行DSP端程序。

從上圖可看到本次測試的誤碼率為0%(errcnt: 0);平均寫入時間約為101us，寫入速率約為38.53MB/s;平均讀取時間約為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設計于底板，最高速率可到69MB/s(寫入時間為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，同時由DSP端對其中6通道的AD信號進行FFT處理，最后將8通道時域數(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軟件查看對應通道的時域波形和頻域波形。

程序保存通道0的時域數(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端讀取該通道的時域數(shù)據(jù)和頻域數(shù)據(jù)，使用Qt在LCD顯示屏上進行波形繪制，最后將數(shù)據(jù)保存到文件中。

本案例默認配置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)模塊插入評估板GPMC擴展接口，并對模塊進行獨立供電。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發(fā)生器，信號發(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。待測信號電壓請勿超過模塊量程，否則可能會導致模塊損壞。評估板接入LCD顯示屏，并通過仿真器連接到PC機。硬件連接示意圖如下：

圖 16 TL7606I模塊硬件連接示意圖

圖 17 TL7606I模塊硬件連接示意圖

圖 18 TL8568I模塊硬件連接示意圖

程序運行后，即可在LCD顯示屏上看到通道0的時域波形和頻域波形。

圖 19 時域波形

圖 20 頻域波形

原文標題：為什么FPGA/ADC通信在工業(yè)領域下更喜歡用GPMC接口?

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審核編輯：湯梓紅