‘54x系列DSP與計算機并口通信的設計方案
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http://dyxdggzs.com/article/201612/332848.htm 數字信號微處理器（DSP）是近十幾年來(lái)興起的一項新技術(shù)。DSP以其速率快、功能強的特點(diǎn)，逐漸進(jìn)入傳統單片機所占據的工業(yè)和消費領(lǐng)域。TMS320C54x（簡(jiǎn)稱(chēng)為'54x）是德州儀器公司（TI Inc.）繼TMS320C1x、TMS320C2x、TMS320C5x之后推出的新一代高性能DSP芯片。該系列芯片具有低功耗、高性能、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于圖像處理、語(yǔ)音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事等領(lǐng)域。 在眾多以PC機為終端的數據采集和控制系統中，由于通信協(xié)議的嚴格性導致外圍的微處理器除需完成數據采集、控制等工作外，還需要擔負起與PC主機通信、傳遞數據等任務(wù)。這種負擔在高速的數據采集中顯得就更為突出。解決的方法多數是增加專(zhuān)用于主機通信的器件。'54x由于集成了眾多強大的功能，不僅可以實(shí)現高速數據采集和控制，幾乎還可以完成不增加負擔地與主機進(jìn)行通信。 以高速、低功耗為特征的'54x系列采用了先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結構，具有分離的數據總線(xiàn)和程序總線(xiàn)，片內集成了ROM、RAM和多個(gè)外設，如通用I/O口、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲器存取控制器（DMA）和與外部處理器通信用的主機接口（HPI，Host Port Interface）。 2 '54x的主機接口（HPI） '54x中的主機接口（HPI）主要有三種：標準8位HPI-8接口、增強型8位HPI-8接口和16位HPI-16接口。其中'542～'549內含標準型HPI-8，'5402、'5410內含增強型HPI-8，'5410以上為HPI-16；而'5409、'5416的HPI可以由用戶(hù)設置為增強型HPI-8或HPI-16、增強型比標準型更優(yōu)越之處主要在于，增強型允許主機訪(fǎng)問(wèn)DSP內部的所有片內RAM，而標準型只能訪(fǎng)問(wèn)RAM區中指定的2K字。 以TMS320VC5410（簡(jiǎn)稱(chēng)為'5410）包含的增強型HPI-8接口為例，它與外部主機或微處理器的連接如圖1所示，其具有單獨的8根數據線(xiàn)HD0～HD7和10根控制線(xiàn)?？刂菩盘柕臅r(shí)序邏輯如圖2所示。主機主動(dòng)通過(guò)HPI口訪(fǎng)問(wèn)DSP，除了對主機發(fā)中斷（通過(guò)置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線(xiàn)有效）或清除主機發(fā)來(lái)的中斷（通過(guò)清HPIC寄存器的DSPINT標志）需要DSP干涉外，'5410的CPU幾乎不用進(jìn)行其他操作，片內的DMA通道會(huì )自動(dòng)輔助完成RAM區和HPI數據寄存器的數據傳輸。主機由HCNTL0/1線(xiàn)來(lái)確定選擇HPI的某個(gè)控制寄存器，如表1所列。通過(guò)對這4個(gè)寄存器的訪(fǎng)問(wèn)，就可以在所設安全機制的允許范圍下讀/寫(xiě)DSP的所有或部分片內RAM。 由于DSP最小的存儲單位是字（16位），因此對于HPI-8，每個(gè)的傳遞必須要有2個(gè)傳遞周期才能完成。HBLL信號用于區分傳遞的字節是當前字的第一字節還是第二字節。通過(guò)設置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節是這個(gè)字的高字節還是低字節。 通過(guò)HPI實(shí)現程序下載屬于'5410程序加載的五種途徑之一。在需要與主機連接的應用設計中，采用HPI程序加載方式可以使電路設計簡(jiǎn)化，省去外部并行或串行的ROM或FLASH程序存儲器。 3 增強型HPI-8與主機并口的連接 '5410具有C54x系列的大部分特點(diǎn)，它包括3個(gè)多通道緩沖串口（McBSP）六通道DMA、8位增強型主機接口HPI-8、增強型外部并行接口（XIO2）、16K字的片內ROM、56K字的片內RAM等，可以說(shuō)是一個(gè)功能強大的微處理器。 在實(shí)現DSP與計算機主機的并口通信時(shí)，將主機并口的工作模式設置在擴展功能（ECP）模式下，在通信速率要求不高的場(chǎng)合，可以將其設置為PS/2模式。PS/2模式是在SPP基礎上擴展的雙向傳輸模式，以字節為單位讀/寫(xiě)數據。
1 '54x的主要特點(diǎn)
表1 HCNTL0/1的選擇功能描述
HCNTL1 HCNTL0 描 述 0 0 主機讀/寫(xiě)HPI控制寄存器--HPIC 0 1 主機以地址自動(dòng)增的模式讀/寫(xiě)HPI數據鎖存器--HPID。若為讀操作，則HPI地址寄存器HPIA每次自動(dòng)讀后增一單元；若為寫(xiě)操作，則HPIA自動(dòng)寫(xiě)增1 1 0 主機讀/寫(xiě)HPI地址寄存器--HPIA，該地址指向'54x的片內RAM地址 1 1 主機讀/寫(xiě)HPI數據鎖顧器--HPID，HPIA不變
對于DB25的主機并口線(xiàn)，Data0～Data7作為雙作為HDS1控制信號，AudoFd、SelechIn分別作為HCNTL0/1信號。Init作為HR/W控制信號。HBIL信號由Strobe信號觸發(fā)J-K觸發(fā)器翻轉?？紤]到HPI的程序加載功能，利用J-K觸發(fā)器將SelectIn和AutoFd信號邏輯組合得到對DSP的RESET復位控制。另外，'5410的I/O口線(xiàn)為3.3V CMOS電壓，而并口則通常為5 V TTL電壓。因此，為達到電平匹配，在兩級之間增加了電壓轉換的緩沖器SN74LVC245。具體電路設計如圖5所示。
HCNTL0/1的狀態(tài)變化規則如圖4所示?？梢钥闯?，只有當HCNTL1為1，HCNTL0由0變1時(shí)，才會(huì )觸發(fā)復位狀態(tài)的翻轉。所以，當需要從寄存器HPIA切換到非增HPID時(shí)，為避免觸發(fā)復位狀態(tài)翻轉，HCNTL1/HCNTL0應以10-00-01-10的方式進(jìn)行轉換。
4 程序設計
4.1 主機程序
主機程序主要完成HPI寄存器的選擇、時(shí)序的構建和數據讀/寫(xiě)等。限于篇幅，此處只列舉主機讀DSP片內RAM存儲區的時(shí)序構建及其與DSP間的通信握手。其中，p_DATA、p_STATUS、p_CONTROL分別代表LPT1的數據寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器。ECP擴展控制寄存器ECR的bit7～5設置為'001'。HPI的HPIC寄存器BOB位設置為'0'（第一字節為高字節）。
/*讀/寫(xiě)HPI寄存器，讀/寫(xiě)的'字'存放在*data和*（data+）,
r_w為0時(shí)代表寫(xiě)，為1時(shí)代表讀。*/
void HPIregRW（char*reg,BYTE*data,BYTEr_w）
{
BYTE test;
BYTE CRW=0x00|(r_w<<5);
int i_HBIL=0;
/*切換選擇HPIC、HPIA、HPID_I、HPID_n寄存器之一*/
if(strcmp(reg,"HPIC"==0)
{
ChangeCONTROL(0x0b|CRW);
//ChangeCONTROL(BYTE bValue)
else if(strcmp(reg,"HPIA"= =0)
ChangeCONTROL(0x03|CRW);
else if(strcmp(reg,"HPID_I"= =0)//采用自增地址主機寫(xiě)
ChangeCONTROL(0x09|CRW);
else if(strcmp(reg,"HPID_n"= =0) //主機寫(xiě)
ChangeCONTROL(0x01|CRW);
else
{
printf("Wrong register for HPI write.";
exit(-1);
}
outp(p_CONTROL,CONTROL);
if((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0) //如果HBIL！=0
{
ChangeCONTROL(0,0); //重載函數
//ChangCONTROL(BYTE bit,BYTE bValue)
_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=0
ChangeCONTROL(0,1);
_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=1
}
/*開(kāi)始時(shí)序的準備*/
while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0
//（lst byte）
if(r_w)//讀
{
//在HPIR/W的上升沿對數據線(xiàn)采樣（第一字節）
ChangeCONTROL(2,1);
-outp(p_CONTROL,CONTROL);
ChangeCONTROL(0,0);
_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0, //采樣HCNTL0/1,HR/W，HBIL
while(_inp(p_STATUS)&0x10= =0); //若HDRY=0，//等待；HDRY=1，繼續
ChangeCONTROL(0,1);
outp(pCONTROL,CONTROL);//HDS1：0->1； //鎖存第1字節，然后HBIL=1
*(data++)=_inp(p_DATA);
while((_inp(p_STATUS)& 0x08)= =0); //等待HBIL//=1(2nd byte)
ChangeCONTROL(2,0);
_outp(p_CONTROL,CONTROL);
//在HPIR/W的上升沿對數據線(xiàn)采樣（第二字節）
ChangeCONTROL(2,1);
_outp(p_CONTROL,CONTROL);
ChangeCONT^ROL(0,0);
_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0,
//采樣HCNTL0/1，HR/W，HBIL
while(_inp(p_STATUS)&0x10)= =0);//若HDRY=0//等待，HDRY=1繼續
ChangeCONTROL(0,1);
_outp(p_CONTROL,CONTROL)；//HDS1：0->1; //鎖存第2字節，然后HBIL=0
*（data- -=_inp(p_DATA);
while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0
（lst byte）
ChangeCONTROL(2,0);
_outp(p_CONTROL，CONTROL)；
}
else//寫(xiě){（略）}
}
…
void main(void)
{
/*HPI初始化*/…
/*等待DSP給主機發(fā)中斷HINT（查詢(xún)方式）后，從DSP讀數*/
WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷
/*讀取DSP片內RAM區數據*/
for(i=0;i { HPIA=resultAddr++;//resultAdd：要讀取的RAM數//據區起始地址 WriteHPIreg("HPIA",HPIA)； while((_inp(p_STATUS)&0x40)！=0)；//等待DSP發(fā)//送HINT有效信號（握手信號） //調用讀RAM區數據的函數，并寫(xiě)入創(chuàng )建的文件data.dat WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷 WriteHPIreg("HPIC",0x0404); //主機發(fā)送DSINT有//效給DSP（握手信號） } WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清NINT中斷 } 試驗證明，主機并口的讀取速度遠低于DSP的執行速度，因此，程序子函數中的一些等待查詢(xún)指令可替略。在主函數main（）中，如果讀取的DSP數據是靜態(tài)的，不需實(shí)時(shí)提供，則這樣的指令也可以省略。 4.2 DSP的握手程序 在實(shí)際情況中，需要傳遞的數據大都由DSP實(shí)時(shí)處理得到。一邊處理一邊傳輸可以大大提高系統的整體效率，而且由于HPI工作的特點(diǎn)，傳輸幾乎可以不占用DSP的時(shí)間。唯一需要DSP干預的是數據準備好后通知主機接收（通過(guò)HINT中斷）。這項任務(wù)可以放大DSP的DSPINT中斷服務(wù)程序中進(jìn)行其程序簡(jiǎn)要如下： .mmregs .include "vectors.h" dataarea .usect "COMMS",100h,1;所需傳遞的數據塊區間 HOSTACK.macro hack ldm hpic,a ;累加器A載入HPIC值 and #08h,a ;屏蔽HINT的其他位 bc hack,aneq ;判斷HINT的狀態(tài)，直到HINT ；位為0（即主機清HINT標志） .endm .text start:stm #00a0h,pmst;設置IPTR寄存器 stm #0000h,st0 ;設置ST0、ST1寄存器 stm #2800h,stl stm #0010,tcr ;關(guān)閉計時(shí)器 stm #0ffffh,ifr ;清除所有的中斷標志位 stm #0300h,imr ;使能DSPINT中斷 stm #280h,sp ;初始化堆棧指針SP為280h HOSTACK ;檢查主機是否清HINT標志 stm #0ah,hpic ;置HINT位，向主機發(fā)送 ;HINT有效信號，告知第一個(gè)數已準備就緒 rsbx intm ;開(kāi)啟中斷 wait: b wait ;主程序（此處為死循環(huán)） hpi: stm #0ah,hpic ;當主機取完數后置DSPINT ；位，進(jìn)入DSPINT中斷服務(wù)程序 rete ;DSP向主機發(fā)送NINT握手 ；信號，通知下一個(gè)數已準備好 .end 
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