主機接口(HPI)在嵌人式系統(tǒng)中的應用

1 引 言

　　隨著計算機技術、通信技術的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，嵌入式技術已成為新世紀最有生命力的技術之一，其得到了飛速的發(fā)展和廣泛應用。隨著復雜控制、汽車電子、醫(yī)療儀器、數(shù)字通信、網(wǎng)絡應用等復雜要求的出現(xiàn)，常用的單片機系統(tǒng)和DSP系統(tǒng)等這類簡單的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。在面對日益復雜和高性能應用時，大多采用主機(由微控制器或微處理器充當)+DSP的方式構成主從式系統(tǒng)，這樣既可以利用DSP強大的數(shù)字信號處理能力進行復雜的運算，又可以利用微處理器豐富的片內(nèi)外設和接口對整個系統(tǒng)的運行進行控制。

　　在這種系統(tǒng)中，主機與DSP的數(shù)據(jù)交換就成為系統(tǒng)設計中必須考慮的重要問題。傳統(tǒng)的單片機與主機交換數(shù)據(jù)大多采用串行通信方式或共享存儲器方式。串行通信方式只適用于通信量較小的系統(tǒng)。共享存儲器方式，需外擴一雙端口RAM及觸發(fā)器鎖存器等芯片，使得系統(tǒng)的硬件結構復雜。

　　ADI公司生產(chǎn)的DSP芯片ADSP2191配置了主機接口(Host Port Interface，HPI)，可以實現(xiàn)與主機之間并行高速的數(shù)據(jù)傳輸。HPI可以很容易地與各種主機互聯(lián)，甚至不需要外加接口邏輯，可以大大簡化系統(tǒng)的硬件結構。且DSP依靠自身的硬件來協(xié)調(diào)沖突，在主機訪問HPI的時候，不會打斷DSP正常的程序運行。

2 ADSP2191M主機接口簡介

　　主機接口HPI(Host Port Interface)是Analog DeviceInc．公司在新一代高性能DSP芯片上配置的與外部主設備或主處理器進行高速數(shù)據(jù)交換的并行接口。HPI是地址和數(shù)據(jù)總線復用的8位／16位并行口，只能做從機，外部主機(微控制器、FGPA或者另一片DSP)是HPI的控制者。通過HPI，主機可以訪問DSP的內(nèi)部存儲空間、引導空間和I／O空間；另外，還可以通過HPI口把程序加載到DSP。ADSP-2191有24個引腳專門用于HPI，如表1所示。

　　HPI地址總線的低16位是與數(shù)據(jù)總線復用。數(shù)據(jù)總線默認情況下是8位，使用HAD[7：0]八個引腳。在復位后，DSP本身或外部主機(通過主機接口)可以配置HPI為16位口。

3 硬件設計

　　MPC555微控制器是Motorola公司PowerPC 500系列的代表產(chǎn)品，是一款高速高性能的32位浮點處理器，其工作時鐘可達40 MHz。其內(nèi)部資源極其豐富，有26 kBRAM和6 kB TPURAM，448 kB FLASH、多通道串行模塊、CAN 2.0B控制器等，特別適于做復雜的實時控制和處理。MPC555與ADSP2191的接口電路如圖1所示。

　　HPI提供2種硬件尋址模式：地址周期控制模式(ACCM)和地址鎖存模式(ALEM)。其中，ALEM適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線復用的微處理器接口；ACCM模式適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線分開的微處理器接口。硬件尋址方式是由上電復位時HALE引腳的邏輯電平?jīng)Q定。如果上電復位時用外部下拉電阻把HALE拉低，就是ALEM方式；反之，如果用外部上拉電阻把HALE拉高就是ACCM方式。

　　HPI總線是一種異步通信協(xié)議，硬件握手可以是ACK方式，還可以是Ready方式，2種方式的有效極性都可以在上電復位時配置。另外，讀／寫選通信號的極性也可以在上電復位時配置。如果在上電時，讀／寫信號為高電平，那么讀／寫選通信號就是低有效。

　　綜合考慮MPC555的外部總線時序和HPI接口的時序要求，在本設計中硬件尋址采用ACCM方式，應答方式采用ACK方式。讀信號HRD、寫信號HWR和應答信號HACK都是低電平有效。

　　要控制主機與DSP的數(shù)據(jù)交互，即主機要知道何時能從DSP讀取數(shù)據(jù)，而何時又該寫數(shù)據(jù)，還需要一個聯(lián)絡信號。本設計選用ADSP2191的1個I／O口PF0作為對主機的中斷信號。

4 HPI的讀寫操作和接口軟件設計

4.1 HPI接口的配置

　　要通過HPI訪問DSP的內(nèi)部存儲空間和I／O空間，必須先配置HPI的寄存器。HPI接口有15個寄存器，其中9個是專門用于DMA方式的，對于直接訪問方式，只有主機接口配置寄存器(HPCR)和主機接口直接訪問頁寄存器(HPPR)是必須配置的。外部主機或者DSP自己可以通過配置這2個寄存器，設置主機接口的訪問參數(shù)，包括外部總線寬度、要訪問的存儲空間的頁地址和數(shù)據(jù)類型等。下面是DSP自己配置主機接口的程序代碼：

4.2 主機對HPI接口的讀寫操作

在ACCM方式下，HALE引腳上的邏輯0電平會觸發(fā)HWR引腳產(chǎn)生一個下降沿跳變以便把地址鎖存到HPI。時序圖如圖2，圖3所示：

所以，主機對HPI的訪問包含地址周期和數(shù)據(jù)周期2個周期。MPC555訪問HPI的子程序匯編代碼如下：

讀操作：

寫操作：

5 結語

　　目前，該方案已經(jīng)成功運用于母線保護設備中，經(jīng)測試在DSP接近滿負荷工作時，數(shù)據(jù)傳輸速率也能達到2 MB／s，完全能滿足系統(tǒng)需要。實踐證明，HPI接口是一種電路簡單、性能穩(wěn)定、高效可靠的通信方式，而且具有很強的通用性，可廣泛應用于各種含有HPI接口的多CPU嵌入式系統(tǒng)。