PC/104總線與TMS320VC5402 HPI口通信的解決方案

摘要：介紹了TI公司信號(hào)處理芯片TMS320VC5402 HPI（主機(jī)接口）的結(jié)構(gòu)及主要特點(diǎn)，提出了HPI接口與PC/104總線進(jìn)行通信連接的設(shè)計(jì)方案。該方案充分利用DSP的HPI接口功能，實(shí)現(xiàn)了主機(jī)實(shí)時(shí)讀/寫DSP任意片內(nèi)存儲(chǔ)單元的內(nèi)容。關(guān)鍵詞：DSP HPI PC/104 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/ZHPI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/ZHPI接口準(zhǔn)備好信號(hào)輸出。HRDY為高說(shuō)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。HPIENAVDDIHPI模塊選擇輸入。信號(hào)必須和VDD聯(lián)系起來(lái)，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 HNTL0HCNTL1說(shuō) 明00主機(jī)可以讀寫HPI的控制寄存器HPIC。01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。10主機(jī)可以讀寫HPI的地址寄存器HPIA。11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(wú)線電修正通道視頻信號(hào)接收下來(lái)，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(lái)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)。3 軟件編程 程序分為兩大部分：主程序及中斷服務(wù)子程序。主程序完成初始化后，等待CC同步脈沖的到來(lái)。CC同步信號(hào)連到DSP的外部中斷上，當(dāng)脈沖到來(lái)時(shí)，DSP響應(yīng)外部中斷，脈沖到來(lái)一次響應(yīng)一次中斷。中斷服務(wù)子程序完成隨機(jī)數(shù)的迭代、對(duì)比、信號(hào)的接收、譯碼、解密及主控機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｖ鞒绦蛄鞒倘鐖D3所示。 C54x和主機(jī)都能夠訪問C54x片內(nèi)RAM。主機(jī)存儲(chǔ)必須同步于C54x的時(shí)鐘，以確保片內(nèi)RAM讀/寫正確。當(dāng)C54x和主機(jī)同時(shí)讀/寫同一存儲(chǔ)區(qū)域時(shí)將產(chǎn)生沖突，這時(shí)主機(jī)具有優(yōu)先權(quán)，C54x CPU將等待一個(gè)C54x時(shí)鐘周期。 主機(jī)訪問HPI時(shí)，首先完成外部接口部分的操作，即先即始化HPIC寄存器，然后初始化HPIA寄存器，再?gòu)腍PID寄存器中讀出或?qū)懭霐?shù)據(jù)。HPI的3個(gè)寄存器如表3所示。表3 HPI寄存器 名 稱地 址說(shuō) 明 HPIA--HPI地址寄存器，只能由主機(jī)讀寫。該寄存器對(duì)應(yīng)主機(jī)訪問的C54x的片內(nèi)地址。HPIC002ChHPI控制寄存器，主機(jī)和C54x都可以讀寫。用于對(duì)HPI操作的控制與狀態(tài)位。HPID--HPI數(shù)據(jù)寄存器，只能由主機(jī)讀寫。主機(jī)讀寫由HPIA指定的C54x片內(nèi)存儲(chǔ)器單元。在DSP的初始化程序中，一般對(duì)HPIC進(jìn)行了初始化后就無(wú)需再對(duì)HPI操作了，其余的工作就完全由主機(jī)完成。通過HPI接口，主機(jī)和C54x之間可以相互發(fā)送中斷請(qǐng)求。主機(jī)通過HPIC寄存器的DSPINT位中斷C54x，而C54x通過HPIC寄存器的HINT位發(fā)中斷請(qǐng)求到主機(jī)。無(wú)論是主機(jī)或C54x都可以通過讀取HPIC來(lái)判斷HINT引腳的狀態(tài)，但是HPIC中的HINT位只能由主機(jī)清除。 HPID寄存器具有可供選擇的自動(dòng)地址自增特性，它為讀/寫連續(xù)的存儲(chǔ)區(qū)提供了便利。自增模式下連接傳送數(shù)據(jù)，每訪問存儲(chǔ)器一次，HPIA寄存器地址就自動(dòng)增加。由于主機(jī)無(wú)需在每次訪問存儲(chǔ)器時(shí)修改HPIA值，從而提高了系統(tǒng)性能。當(dāng)HCNTL0=1且HCNTL1=0時(shí)選擇自增模式。需要注意的是，如果采用了擴(kuò)展的片內(nèi)RAM，要保證正確的自增操作，HPIC寄存器中的XHPIA位必需設(shè)置為1。 當(dāng)使用地址自增模式時(shí)，讀操作后HPIA寄存器地址加1；寫操作前，HPIA寄存器地址加1。因此，如果對(duì)給定地址使用自增模式下寫操作時(shí)，HPIA寄存器應(yīng)初始化為起始地址減1。地址自增會(huì)影響HPIA的16位，在使用擴(kuò)展片內(nèi)RAM（C5410除外）時(shí)，地址自增也影響擴(kuò)展地址。如果HPIA=FFFh，那么下次讀/寫時(shí)將HPI地址改變?yōu)?10000h。由于C5410的地址自增不會(huì)影響擴(kuò)展HPI尋址，因此在上面的操作中，如果使用C5410，將使C5410地址改變?yōu)?00000。 HPI口的應(yīng)用極大地方便了PC/104總線與DSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，使在線修改DSP存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)成為可能。該方案靈活、簡(jiǎn)單，適用于任何含有HPI接口的DSP應(yīng)用系統(tǒng)，從而為開發(fā)人員提供了一種全新的數(shù)據(jù)共享/傳輸方案。