PC/104總線與HPI口通信的解決方案

TMS320VC5402(以下簡(jiǎn)稱C5402)是德州儀器公司(TI)推出的性價(jià)比極高的定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)。采用改進(jìn)的Harvard處理結(jié)構(gòu)和指令流水線操作，計(jì)算處理速度很高(100MIPS)，指令周期可達(dá)10ns;片內(nèi)提供16K字的RAM，用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其最大可擴(kuò)展尋址空間為1M字;主機(jī)接口(HPI)是具有強(qiáng)大功能的智能外設(shè)，提供了DSP和外部處理器的通信接口。

掌握HPI的原理和使用方法，可以使硬件的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單靈活。DSP在通過HPI口和主機(jī)通信的過程中完全沒有軟件和硬件開銷，由DSP自身的硬件協(xié)調(diào)沖突，不會(huì)打斷DSP正常程序的運(yùn)行。在HPI通信方式下，DSP的片內(nèi)存儲(chǔ)器對(duì)外界完全透明，由主機(jī)訪問HPI的地址和數(shù)據(jù)寄存器便可完成對(duì)DSP片內(nèi)存儲(chǔ)器的讀/寫。 本文立足于實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，以TMS320VC5402與PC/104總線為例，介紹基于HPI口的硬件接口及軟件實(shí)現(xiàn)。

1 TMS320VC5402 HPI口簡(jiǎn)介 主機(jī)接口HPI(Host Port Interface)是TMS320C5000系列定點(diǎn)芯片內(nèi)部具有的一種接口部件，主要用于DSP與其它總線或CPU進(jìn)行連接。TI的C54xx系列都提供了8位或16位的增強(qiáng)型HPI接口，在此以C5402增強(qiáng)型8位HPI接口為例進(jìn)行詳細(xì)介紹。 C5402的HPI口由一個(gè)8位數(shù)據(jù)總線和用于設(shè)備和控制接口的控制信號(hào)線組成，HPI接口通過HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID和HPI內(nèi)存塊，實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通信。其主要特點(diǎn)在于接口所需外圍硬件很少，很容易與各種主機(jī)相連，且僅需要很少甚至不需要外加接口邏輯。引腳功能如表1所示。 表1 HPI引腳的名稱及功能 HPI引腳接至主機(jī)引腳狀 態(tài)信號(hào)功能 HD0HD7 數(shù)據(jù)總線 I/O/Z HPI雙向并行三態(tài)數(shù)據(jù)總線。當(dāng)不傳送數(shù)據(jù)(/HSC或/HDSx=1)或EMU1//OFF=0(切斷所有輸出)時(shí)，HD7(MSB)～HD0(LSB)均處于高阻態(tài)。 /HAS 地址鎖存使能(ALE)或地址選通輸入信號(hào)引腳，不用則接高電平 I 地址選通輸入信號(hào)。如果主機(jī)的地址和數(shù)據(jù)是一條多路總線，則/HAS連到主機(jī)的ALE引腳;如果主機(jī)的地址和數(shù)據(jù)是分開的，就將/HAS接高電平。 /HCS 地址或控制線 I 片選信號(hào)。作為HPI的使能輸入，主機(jī)在對(duì)HPI訪問時(shí)信號(hào)/HCS要保持低電平。 HBIL 地址或控制線 I 字節(jié)輸入識(shí)別信號(hào)。HBIL為低時(shí)讀/寫第一個(gè)字節(jié)，為高時(shí)讀/寫第二個(gè)字節(jié)。HBIL和HPI控制寄存器(HPIC)中的BOB位配合使用。 HCNTL0/1 地址或控制線 I 主機(jī)控制信號(hào)。選擇主機(jī)所訪問的是哪個(gè)寄存器：地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID、控制寄存器HPIC。 /HDS1/2 讀/寫、數(shù)據(jù)選通輸入信號(hào)引腳 I 數(shù)據(jù)選通輸入。在主機(jī)訪問期間控制HPI數(shù)據(jù)的傳輸。 /HINT 主機(jī)中斷輸入 O/Z 主機(jī)中斷輸入。由控制寄存器HPIC中的HINT位控制。當(dāng)C54x復(fù)位時(shí)為高電平，EMU1//OFF低電平時(shí)為高阻態(tài)。 HRDY 異步準(zhǔn)備好信號(hào)引腳 O/Z HPI接口準(zhǔn)備好信號(hào)輸出。HRDY為高說明HPI準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳送(主機(jī)可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸)，為低表示HPI接口忙(主機(jī)不可傳輸數(shù)據(jù))，正在進(jìn)行上次傳輸?shù)膬?nèi)部操作。 HR//W 讀寫選通信號(hào)引腳或地址線 I 讀/寫選通信號(hào)輸入端。在主機(jī)訪問期間控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。高電平表示主機(jī)讀HPI，低電平表示寫HPI。 HPIENA VDD I HPI模塊選擇輸入。信號(hào)必須和VDD聯(lián)系起來，保證選擇HPI。如果輸入為開或接地，HPI模塊將不會(huì)被選擇。 HPI是8位的數(shù)據(jù)總線接口，由于C5402是16位的，所以與主機(jī)通信的數(shù)據(jù)都是由兩個(gè)連續(xù)的字節(jié)組成，并且由HBIL引腳指示正在傳輸?shù)氖堑谝粋€(gè)還是第二個(gè)字節(jié)。主機(jī)使用HCNTL0/1指定所訪問的是HPI控制寄存器HPIC或HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID或HPI地址寄存器HPIA，也可以用地址自動(dòng)增加的方式訪問數(shù)據(jù)寄存器HPID，具體方式如表2所示。 表2 HCNTL0/1功能選擇 HNTL0 HCNTL1 說 明 0 0 主機(jī)可以讀寫HPI的控制寄存器HPIC。 0 1 主機(jī)可以讀寫HPI的數(shù)據(jù)寄存器HPID。每次讀后HPIA加1，每次寫前HPIA加1。 1 0 主機(jī)可以讀寫HPI的地址寄存器HPIA。 1 1 主機(jī)可以讀寫HPI的數(shù)據(jù)寄存器HPID。對(duì)HPI口的操作，HPIA不受影響。 2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案 整個(gè)硬件系統(tǒng)由DSP、EPM7128S、TPS73HD301、SST39VF400A等組成。DSP的主要任務(wù)是將經(jīng)放大和解調(diào)后的無線電修正通道視頻信號(hào)接收下來，現(xiàn)通過譯碼等處理后送給主探機(jī)。其原理如圖1所示。 C5402采用低電壓工作，其內(nèi)核電壓為1.8V、I/O管腳電壓為3.3V，而PC/104總線工作于5V電壓。為了使電路能穩(wěn)定正常的工作，C5402的數(shù)據(jù)總線接有一個(gè)SN74LVC245A。它是TI公司生產(chǎn)的3.3V和5V電壓平相轉(zhuǎn)換的雙向緩沖器，可以雙電源供電，一邊工作在 3.3V，一邊工作在5V，轉(zhuǎn)換的方向由兩個(gè)DIR管腳控制。它串在數(shù)據(jù)總線上，既可以為DSP提供驅(qū)動(dòng)5V數(shù)字電路的能力，也可以為DSP提供5V信號(hào)讀入的保護(hù)。這樣，就不再需要為多個(gè)不同外設(shè)而考慮總線驅(qū)動(dòng)不夠的問題。DSP主機(jī)接口和PC/104的連接如圖2所示。 主機(jī)和DSP可獨(dú)立地對(duì)HPI接口操作，主機(jī)和DSP的握手可通過中斷方式完成。另外，主機(jī)還可以通過HPI接口裝載DSP應(yīng)用程序，接收DSP運(yùn)行結(jié)果或診斷DSP運(yùn)行狀態(tài)，為DSP芯片的接口開發(fā)提供一種極為方便的途徑。HPI-8為8位并行口，提供C54x與外部主機(jī)的接口，C54x可通過片內(nèi) RAM與主機(jī)設(shè)備交換數(shù)據(jù)。主機(jī)與HPI-8的通信是通過專用的地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器完成的，C54x不能直接讀/寫，HPI控制寄存器允許主機(jī)和 C54x進(jìn)行讀/寫，包括配置通信協(xié)議和控制通信(握手)的比特。 EPM7128S用來提供整個(gè)系統(tǒng)需要的組合邏輯。它屬于MAX7000系列，是Altera公司的基于第二代MAX結(jié)構(gòu)的CPLD。它提供多達(dá)5000 個(gè)可用門和在系統(tǒng)編程，其引腳到引腳延時(shí)快達(dá)6ns?？梢匀菁{各種各樣的獨(dú)立的組合邏輯和時(shí)序邏輯。EPM7128S有兩個(gè)工作電壓核電壓為5V，I/O 工作電壓可設(shè)為5V或3.3V。設(shè)為3.3V時(shí)，其輸入為5V，而輸出為3.3V TTL電平(所有的驅(qū)動(dòng)器均能配置在3.3V和5V，允許用于混合電壓系統(tǒng)中)。EPM7128S的優(yōu)點(diǎn)是基于E2PROM原理，可以通過JTAG口進(jìn)行在線編程，設(shè)計(jì)得可將設(shè)計(jì)內(nèi)容從PC機(jī)上通過下載電纜和JTAG口對(duì)EPM7128S進(jìn)行任意次修改。在這里使用EPM7128S是為電路提供組合邏輯以映射空間。它有多達(dá)100個(gè)I/O引腳可供編程使用，可以接入PS、IS等管腳，方便系統(tǒng)擴(kuò)展存儲(chǔ)空間和外設(shè)。