TMS320VC5402 HPI接口與PCI總線接口設(shè)計(jì)

　　數(shù)字信號(hào)處理器DSP(Digital Signal Processor)是一種特別適合于進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理的微處理器，憑借其運(yùn)算速度快、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。但在很多場(chǎng)合下需要將DSP的各種外圍設(shè)備同計(jì)算機(jī)連接，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。通常情況下可利用DSP的串口或I／O口來(lái)實(shí)現(xiàn)，但無(wú)論是接串口還是接I／O口都要占用DSP的硬件資源，同時(shí)數(shù)據(jù)的傳輸速度有時(shí)也不能滿足系統(tǒng)的要求。為了解決這一問(wèn)題，將DSP的HPI口通過(guò)PCl2040芯片橋接到PCI總線。本文以TMS320VC5402(簡(jiǎn)稱VC5402)為例，介紹DSP的HPI口及其與PCl2040的接口設(shè)計(jì)。

　　1 HPI接口功能及特點(diǎn)

　　主機(jī)接口HPI(Host Pott Interface)是C54x DSP系列定點(diǎn)芯片內(nèi)部具有的一種并行接口部件，主要用于與其他總線或CPU之間進(jìn)行通信，其接口框圖如圖l所示。主機(jī)是HPI口的主控者，HPI口作為一個(gè)外設(shè)與主機(jī)連接，使主機(jī)的訪問(wèn)操作很方便。主機(jī)通過(guò)以下單元與HPI口通信：專用地址和數(shù)據(jù)寄存器、HPI控制寄存器以及外部數(shù)據(jù)和接口控制信號(hào)。HPI有兩種工作方式：共用尋址方式(SAM)和僅主機(jī)尋址方式(HOM)。在SAM方式下，豐機(jī)和C54x都能尋址HPI存儲(chǔ)器；在HOM方式下，僅能讓主機(jī)尋址HPI存儲(chǔ)器，C54x則處于復(fù)位狀態(tài)，或者處在所有內(nèi)部和外部時(shí)鐘都停止工作的IDLE2空閑狀態(tài)(最低功耗狀態(tài))。

　　VC5402是TI公司推出的一款性價(jià)比極高的16位定點(diǎn)處理器。它是C54x系列中應(yīng)用比較廣泛的一種芯片，有著豐富的接口資源，是一種集數(shù)據(jù)處理和通信功能于一體的高速微處理器。VC5402 HPI口是一個(gè)增強(qiáng)的8位主機(jī)接口，它通過(guò)HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA和數(shù)據(jù)鎖存器HPID來(lái)實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間的通信。主機(jī)通過(guò)外部引腳HCNTLO和HCNTL1選中不同的寄存器，則當(dāng)前發(fā)送8位數(shù)據(jù)就到該寄存器。控制寄存器HPIC既可以被主機(jī)直接訪問(wèn)，又可以被DSP片上CPU訪問(wèn)。在使用上，由于主機(jī)接口總是傳輸8位字節(jié)，而HPIC是一個(gè)16位寄存器，所以主機(jī)向HPIC寫數(shù)據(jù)時(shí)，需要發(fā)送2個(gè)相同的8位數(shù)據(jù)。地址寄存器HPIA，只能被主機(jī)直接訪問(wèn)。主機(jī)將HPIA寄存器視為一個(gè)地址指針，借助于HPIA主機(jī)可以訪問(wèn)VC5402全部的片上存儲(chǔ)器。另外HPIA具有自動(dòng)增長(zhǎng)的功能，在自動(dòng)增尋址模式下，一次數(shù)據(jù)讀會(huì)使HPIA在數(shù)據(jù)讀操作后增加1，而一個(gè)數(shù)據(jù)寫操作會(huì)使HPIA操作前預(yù)先增加l。這樣如果使能了該功能，則只須設(shè)定一次HPIA即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的寫入和讀出。數(shù)據(jù)寄存器HPLD，只能被主機(jī)訪問(wèn)。如果當(dāng)前進(jìn)行的是讀操作，則HPID中存放的是要從HPI存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)；如果當(dāng)前進(jìn)行的是寫操作，則存放的是將要寫到HPI存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。

　　2 VC5402的HPI口與PCl2040的接口設(shè)計(jì)

　　2．1 PCI總線及其實(shí)現(xiàn)方法

　　PCI局部總線是32或64位數(shù)據(jù)總線，32位PCI總線在讀寫傳送中支持132Mb／s的峰值傳送速率，64位PCI傳送支持264Mb／s峰值傳送速率。對(duì)于64位66MHz的PCI總線，傳送速率可達(dá)528Mb／s。PCI總線協(xié)議規(guī)范復(fù)雜而龐大，因此需要借助總線接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)PCI總線協(xié)議一般有兩種方法：一是用FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，但PCI協(xié)議比較復(fù)雜，因此難度較大；二是采用PCI總線控制芯片，如AMCC公司的S5933和PLX公司的PCI9052等通用的PCI接口芯片。TI公司專門推出了針對(duì)PCI總線和DSP接口的芯片PCI2040，它不但實(shí)現(xiàn)了PCI總線控制的功能，而且提供了和DSP芯片的無(wú)縫接口，因而大大降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的復(fù)雜度，縮短了開(kāi)發(fā)時(shí)間。

　　2.2 P012040與DSP接口設(shè)計(jì)

　　PCI2040足TI公司設(shè)計(jì)的專門用來(lái)實(shí)現(xiàn)C5000／C6000系列DSP和PCI總線進(jìn)行接口的專用芯片，可以通過(guò)8位或16位HPI接口與C54x／C6xDSP實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接。PCI2040通過(guò)HPI接口與VC5402連接。PCI2040的HPI口為8／16位數(shù)據(jù)傳輸接口(8位還是16位，依據(jù)所掛接的DSP的類型)。主機(jī)作為傳輸?shù)闹髟O(shè)備，從機(jī)DSP不能發(fā)起傳輸。主設(shè)備PCI2040可以讀／寫DSP內(nèi)存，DSP HPl口可以訪問(wèn)DSP所有的片上資源，PCI2040和VC5402之問(wèn)的通信主要靠DSP的HPIA、HPIC、HPID三個(gè)寄存器完成。VC5402的HPI與PCI2040口的連接如圖2所示。

　　PCI2040的數(shù)據(jù)總線HAD0～HAD7與VC5402 HPI口的數(shù)據(jù)總線HD0～HD7相連，用于主機(jī)和DSP傳輸數(shù)據(jù)。PCI2040芯片的HPI口的HCNTLl和HCNTL0引腳分別與DSP的HCNTLl和HCNTL0引腳相連，以實(shí)現(xiàn)其對(duì)HPI寄存器的訪問(wèn)。具體HPI寄存器的選擇和訪問(wèn)模式的確定由DSP的HCNTLl和HCNTL0引腳的狀態(tài)決定，表1給出了VC5402 HPI寄存器訪問(wèn)控制的情況。PCI2040帶有獨(dú)立的讀／寫選通信號(hào)HDS和HR／W，可以將PCI2040的HDS、HR／W引腳與VC5402的HDSl、HR／W引腳相連，實(shí)現(xiàn)主機(jī)對(duì)VC5402 HPI接口的讀／寫控制。當(dāng)主機(jī)驅(qū)動(dòng)HR／W為高時(shí)，讀HPI；為低時(shí)，則寫HPI。DSP HPI口的HPIEA、HDS2、HAS引腳通過(guò)10kΩ電阻拉高。

　　需要注意的是，VC5402的HPI接幾是8位的，而DSP內(nèi)部和PCI總線上的數(shù)據(jù)格式都是大于8位的，所以主機(jī)與DSP之間數(shù)據(jù)傳輸必須包含2個(gè)連續(xù)的字節(jié)。專用的HBIL引腳信號(hào)確定傳輸?shù)氖堑谝粋€(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)；HPI控制寄存器HPIC的BOB位決定第一個(gè)或第二個(gè)字節(jié)放置在16位字的高8位。

　　3 電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題

①VC5402電源采用3．3V和1．8V電源供電。其中：I／O采用3．3V；核電壓采用1．8V供電；系統(tǒng)從PCI插槽取5V電壓經(jīng)電壓轉(zhuǎn)換后，供DSP和其他芯片使用。
②VC5402的有些引腳必須接4．7kΩ的上拉電阻，沒(méi)有用到的中斷引腳也要接相同的上拉電阻。
③電源輸入端跨接一個(gè)10～100μF的電解電容器，為每個(gè)集成屯路芯片配置一個(gè)0．01μF的陶瓷電容器。

　　結(jié)語(yǔ)

　　本文以VC5402和PCI2040為例．詳細(xì)介紹了DSP的HPI接口和專用PCI接口芯片PCI2040的硬件接口。實(shí)踐證明，利用PCI2040芯片實(shí)現(xiàn)C54x／C6x DSP的PCI總線可以大大減少相應(yīng)的外圍器件，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)降低系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的難度，縮短開(kāi)發(fā)周期。