TMS320VC5402的HPI與51單片機的接口設計

0 引言

TMS320VC5402是TI公司推出的性價比極高的定點數字信號處理器(DSP)。它具有先進的多總線結構(三條16位數據存儲器總線和一條程序存儲器總線)；其數據／程序尋址空間為1 M×16 bit： 內置4 k×16 bitP／DROM和16 k×16 bit-DARAM；此外，該DSP內含兩個多通道緩沖串行口，一個8位并行與外部處理器通信的HPI口，2個16位定時器以及6通道DMA控制器；具有低功耗，適合電池供電設備等特點[1]。

51系列單片機是一種很經典的單片機。20多年來一直久盛不衰。而且Intel通過授權5l內核，目前已出現了很多第三方生產的51系列產品。這些產品一般都具有較高的時鐘頻率和較大的存儲空間，而且還能運行嵌入式操作系統(tǒng)。因而極大地提高了單片機的性能，擴大了它的應用范圍。

1 TMS320VC5402的主機接口(HPI)

HPI(主機接口)是主機與TMS320VC5402進行數據交換的8 bit并行數據口。該接口在
TMS320VC5402芯片上，內部有數據寄存器(HPID)，控制寄存器(HPIC)及地址寄存器(HPIA)。HPI口可用8 bit數據線傳輸16 bit的數據，并可通過設置控制寄存器的相關位來控制高8位和低8位傳輸。HPI有兩種工作方式：一種是主機獨占模式 (HOM)； 另一種是主機和TMS320VC5402共享模式(SAM)。其中SAM是通用方式，二者都可尋址HPI存儲器(DARAM)。當二者產生沖突時，主機具有較高的優(yōu)先權，而在TMS320VC5402插人一個等周期。通過HPI傳輸的數據率是每5個CLKOUT時鐘周期傳輸1字節(jié)。HMS320VC5402芯片中HPI8的內部結構邏輯如圖1所示[2]。

HPI通信主要是通過對HPIA、HPIC和HPID3個寄存器賦值來實現的。簡單地說，HOST通過外部引腳HCNTL0和HCNTLl選中不同的寄存器后，就將當前8位數據發(fā)送到該寄存器中了。由于HPIC是16位寄存器，而HPI口總是傳送8位數據寬度，所以用HOST向HPIC寫數據時，需要發(fā)送兩個一樣的8位數據。對TMS320VC5402來說，僅低8位有意義。當地址寄存器HPIA選擇后，直接向它寫數據就可以了，但是要注意MSB和LSB的順序。另外，HPIA具有自動增長的特性，即在每寫入一個數據前和每讀一個數據后HPIA都會自動加1。這樣，如果使用了該功能，只需設定一次HPIA即可實現連續(xù)數據塊的寫入和讀出，只是在實現時，數據應首先從主機發(fā)到HPID中，然后再根據HPIA指定的地址把HPID中的數據再寫到片內RAM的地址中。

2 DSP與單片機的通信

由于本系統(tǒng)具有主從式雙CPU結構，因此，DSP從處理器和單片機主處理器之間的數據通信是必不可少的。它們之間的通信接口設計是整個系統(tǒng)的一個關鍵。對于DSP和單片機的具體連接方案，考慮到不論是接串口還是接I／O口都要占用DSP的硬件資源，同時軟件開銷也非常大。而TMS320VC5402提供有HPI接口，可專用于DSP和主機之間的通信，因此DSP在通過HPI口和主機通信的過程中完全沒有硬件和軟件開銷，而是由DSP自身的硬件來協調沖突，因從而不會打斷DSP正常程序的運行。在HPI通信方式下，DSP的片內存儲器對外界是完全透明的，可由主機通過訪問HPI的地址和數據寄存器來完成對DSP片內存儲器的讀寫。本系統(tǒng)采取DSP的HPI口和單片機的P0口相連來作為數據傳輸口從而實現兩者的交互。

2．1 DSP和單片機的硬件接口設計

本設計選取ATMEL公司的AT89C51單片機作為主機，并以I／O接口方式連接DSP和AT89C51，設計時使用了AT89C51的兩個通用I／O端口P0和P2，其硬件接口原理圖如2所示。圖中將AT89C51的端口P0和HPI的8位數據線HD0一～HD8相連作為數據傳輸通道，P20～P24設置為輸出以控制HPI口的操作。其中P2．0和P2．1分別連接HCNTL0和HCNTLl以實現對HPIC、HPIA和HPID寄存器的訪問，P2．2連接字節(jié)識別信號HBIL可控制讀寫數據是屬16位字的第一字節(jié)還是第二字節(jié)，P2．4作為讀寫控制選通信號連接HR/W，P2．7與HCS相連，而連接HDS1作為數據選通信號來鎖存有效的HCNTL0／1，HBIL和HR／W信號。 INT0作為輸入與HPI口的主機中斷信號HINT相連。ALE與HAS相連，WR和HDS2相連。由HPI接口的原理可知，在HCNTL0／1、HBIL和HR/W信號有效之后，設置HDS1為低電平可實現讀寫的數據選通，從而完成AT89C51對DSPHPI口的讀寫操作。在數據交換過程中，AT89C51向HPI發(fā)送數據可通過置TMS320VC5402的HPI控制寄存器HPIC中的DSPINT位為1來中斷5402。AT89C51接收來自HPI的數據時則可用查詢方式。當TMS320VC5402DSP準備發(fā)送數據時，置／HINT信號為低。當AT89C51查詢到INT0為低時，系統(tǒng)將調用接收數據子程序來實現數據的接收。

TMS320VC5402 DSP的外部I／O引腳用的是3．3 V邏輯電平，而AT89C51單片機用的是5 V邏輯電平，兩者之間存在電平差異而不能直接相連，故采用74LVC16245進行接口隔離同時還可增強DSP的總線驅動能力。

2．2 通過HPI接口讀取數據的軟件設計

在硬件搭建好后，接下來便是軟件功能模塊的設計工作。本系統(tǒng)主機程序主要完成HPI寄存器的選擇、時序的構建和數據讀／寫等?？筛鶕﨑SP HPI接口的工作時序置HPIENA引腳為高電平，使能DSP進入HPI工作模式，然后設置TMS320VC5402的HPIC寄存器和HPIA寄存器，使其工作在能夠配合8 bit HPI Bootloader狀態(tài)下。AT89C51的部分匯編源程序所完成的功能包括初始化串口、初始化HPI接口、從串口接收命令字(包括16，bit地址和8，bit數據)、通過HPI接口讀取DSP的相應內部存儲器，并發(fā)送到串口、以及等待接收下一次的命令等，其具體匯編程序代碼如下：

3 結束語

DSP與單片機之間有許多連接方式， (例如利用雙口RAM或者通過串口)，但是它們都要占用DSP的處理時間，這在要求苛刻的場合可能會影響到系統(tǒng)的實時性。而HPI接口則通過DSP片內的DMA控制器來訪問片內存儲器，它不需要DSP的干預?？梢哉f，HPI接口是DSP的一個"后門"，單片機通過這個"后門"可以訪問到DSP的片內存儲器。只有當HPI接口和DSP同時對同一地址進行訪問時，由于HPI具有訪問優(yōu)先權，這時DSP的執(zhí)行大會被延遲一個周期，而這種情況對系統(tǒng)實時性的影響是非常小的。