HPI方式自舉在TMS320VC5402 DSP芯片上的實(shí)現

當前,數字信號處理器(DSP)芯片以其強大的運算能力在通信、電子、圖像處理等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。使用DSP的系統可以按處理器使用的數目分為單處理器系統和多處理器系統。單DSP的系統盡管結構簡(jiǎn)單,但系統的功能將不可避免地有所限制。由于DSP的控制功能不是非常強大,在應用中往往不得不把DSP作為目標系統專(zhuān)門(mén)負責復雜的運算,而另外使用一個(gè)主機(PC機或是單片機)對整個(gè)系統的運行實(shí)行控制。所以,在使用DSP的多處理器系統中,主機(單片機、PC機、另一個(gè)DSP芯片)與目標系統 DSP的數據交換就成為應用系統設計中必須考慮的重要問(wèn)題。

1 主機接口的傳統解決方案

解決主機與目標系統的數據交換是一個(gè)非常復雜的問(wèn)題。傳統的方式是采用 DMA(Direct Memory Access)或全局存儲器(Global Memory)完成多機系統中的數據共享。在DMA方式下,讀寫(xiě)共享內存必須要求其它處理器處于停止工作的狀態(tài),所以DMA共享存儲器的方式往往不為人所用。全局存儲器是多個(gè)處理器共享的存儲器。在使用全局存儲器的應用系統中,DSP的地址空間被分成局部塊(Local Section)和全局塊(Global Section)。局部塊用于完成處理器自己的工作,而全局塊則用來(lái)完成與其它處理器的通信工作。在TMS320C5x器件中,使用全局存儲器分配寄存器GReg完成對全局內存的管理工作。GReg指定部分DSP內存為全局內存。比如,TMS320C5x器件能夠分配全局數據內存空間,并通過(guò)BR(Bus Request)和 hcs控制信號實(shí)現與該內存的通信。當需要尋址全局內存空間時(shí),BR和hcs信號變低電平。于是外部邏輯進(jìn)行全局內存控制權的裁決,裁決的結果將通過(guò)選通信號通知某個(gè)TMS320C5x,從而使該DSP現在就擁有對全局內存的控制權。顯然,使用全局內存的方式來(lái)完成多DSP的共享數據通信是非常方便的。但是,應用系統往往由單片機作為主機,DSP作為目標系統構成。由于當前使用最多的單片機往往是8位機,使用16位機的共享內存完成主機與DSP的數據交換不是處理太復雜就是資源利用不充分。為了解決DSP與低檔 8位主機的數據交換問(wèn)題,TI公司在TMS320C54x系列中使用了HPI接口。HPI將以往一些需片外實(shí)現的功能集成在片內,簡(jiǎn)化了與主機的連接,同時(shí)主機可以達到很高的訪(fǎng)問(wèn)速度。該HPI端口在TI TMS320C6x系列的器件中也得到了保持,且功能有所增強。

2 TMS320VC5402的HPI

TMS320VC5402是TI公司的54X系列定點(diǎn)DSP,具有低功耗、高性能的特點(diǎn)。

CPU 增強的多總線(xiàn)結構,三條獨立的16bit數據存儲器總線(xiàn)和一條程序存儲器總線(xiàn);40bit運算邏輯單元(ALU),包括一個(gè)40bit的桶形移位器和兩個(gè)獨立的40bit累加器,17bit×17bit并行乘法器;連接一個(gè)40bit的專(zhuān)用加法器,可用來(lái)進(jìn)行非流水單周期乘/加(MAC)運算;比較、選擇和存儲單元(CSSU)用于Viterbi運算器的加/比較選擇;指數編碼器在一個(gè)周期里計算一個(gè)40bit累加器的指數值;兩個(gè)地址發(fā)生器中有八個(gè)輔助寄存器和兩個(gè)輔助寄存器運算單元(ARAUs);數據總線(xiàn)具有總線(xiàn)保持特性。

存儲器 擴展地址模式可最大尋址到1M×16bit外部程序空間,4K×16bit片上ROM,16K×16bit雙訪(fǎng)問(wèn)片上RAM。

指令集 支持單指令循環(huán)和塊循環(huán),存儲塊移動(dòng)指令提供了高效的程序和數據存儲器管理,支持32bit長(cháng)字操作數指令,支持兩個(gè)或三個(gè)操作數讀指令,支持并行存儲和并行加載的算術(shù)指令、條件存儲指令和中斷快速返回,支持定點(diǎn)DSP C語(yǔ)言編譯器。

片上硬件資源 軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器和可編程存儲單元轉換,連接內部振蕩器或外部時(shí)鐘源的鎖相環(huán)(PLL)時(shí)鐘發(fā)生器,兩個(gè)多通道緩沖串口(McBSPs),增強型8bit并行主機接口(HPI8),兩個(gè)16bit定時(shí)器,6通道直接存儲器訪(fǎng)問(wèn)(DMA)控制器。

電源 低功耗,工作電源有3.3V和1.8V(內核),用節電模式的IDLE1、IDLE2及IDLE3指令做功率控制,可禁止CLKOUT信號。

速度 在3.3V供電(1.8V核心電壓)下單周期定點(diǎn)指令的執行周期為10ns(100MIPS)。

仿真 符合IEEE1149.1邊界掃描邏輯標準的片內掃描仿真邏輯接口。

TMS320C54x系列DSP芯片中的HPI,能夠順序傳送或隨機傳送數據,產(chǎn)生HOST中斷和C54x中斷,接口靈活,并可通過(guò)DMA總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)片內RAM。當TMS320 C54X與主機(或主設備)交換信息時(shí),HPI是主機的一個(gè)外圍設備。HPI有8根數據線(xiàn)HD(0～7),在TMS320C54x與HOST傳送數據時(shí),HPI能自動(dòng)將外部接口傳來(lái)的連續數據組合成16位數后傳送給DSP。如果HOST和DSP競爭同一個(gè)地址,則HOST優(yōu)先,DSP等待一個(gè)HPI周期。

TMS320C54x系列發(fā)展到TMS320VC5402的時(shí)候,其HPI已經(jīng)得到了增強,被稱(chēng)為HPI-8。和TMS320C54x系列前幾款芯片中的標準HPI相比,HPI-8在幾個(gè)方面有所不同,見(jiàn)表1。

HPI-8的使用是通過(guò)對HPIA、HPIC和HPID三個(gè)寄存器賦值實(shí)現的。HPIA是地址寄存器,HPIC是控制寄存器,而HPID是數據寄存器。簡(jiǎn)單地說(shuō),HOST通過(guò)外部引腳HCNTL0和HCNTL1選中不同的寄存器,則當前發(fā)送的8位數據就送到該寄存器。在使用上,由于HPIC是16位寄存器,而HPI-8是8位的數據寬度,所以在HOST向HPIC寫(xiě)數據時(shí),需要發(fā)送兩個(gè)一樣的8位數據。而地址寄存器HPIA選擇后,直接向它寫(xiě)數據就可以了,但是要注意MSB和LSB的順序。另外,HPIA具有自動(dòng)增長(cháng)的功能,在每寫(xiě)入一個(gè)數據前和每寫(xiě)入一個(gè)數據后,HPIA會(huì )自動(dòng)加1。這樣,如果使能了該功能,只需設定一次HPIA即可實(shí)現連續數據塊的寫(xiě)入和讀出。數據寄存器HPID,嚴格說(shuō)應該叫做數據緩沖寄存器,因為最終數據是要寫(xiě)到片內RAM的。只是在實(shí)現上,數據首先從HOST發(fā)到HPID中,然后根據HPIA指定的地址,HPID中的數據再寫(xiě)到片內RAM的地址中。不過(guò)對用戶(hù)而言,該過(guò)程是透明的。