視頻監控中ARM與DSP的HPI接口設計

　　1 引言

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、圖像處理技術(shù)及嵌入式技術(shù)日趨成熟，視頻監控技術(shù)得到廣泛的應用。銀行、工廠(chǎng)、政府、學(xué)校等部門(mén)，都設置有監控系統。尤其是在國際上一系列恐怖事件后，人們更感到監控系統的重要。而且要求視頻監控設備有高清晰的視頻效果的同時(shí)，還能對現場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。所以，此類(lèi)設備不但要有更高的數據處理能力和處理精度，還要有強大的系統控制、管理能力以及高速的網(wǎng)絡(luò )數據傳輸速率。

　　目前，市面上主流的視頻監控設備，大致可以分成兩類(lèi)，一是基于通用微處理器，二是基于數字信號處理器DSP。兩種芯片在功能上有各自的特點(diǎn)，通用芯片適用于系統控制、管理和信息通訊等，DSP芯片則更適合執行復雜的數字計算、音視頻數據處理等。若兩種芯片協(xié)同工作，就能一定程度上克服各自的不足，更好的發(fā)揮他們的優(yōu)勢?；谶@個(gè)考慮，本文提出了一個(gè)通用微處理器（ARM）與DSP的接口設計方案，以實(shí)現兩者的實(shí)時(shí)通信。

　　2 系統概述

　　2.1 ARM7 S3C44B0X的特點(diǎn)

　　S3C44B0X是SAMSUNG公司推出的一款16/32位的RISC（Reduced Instruction Set Computer）構架的處理器，它采用的是ARM7TDMI內核，最高工作頻率可以達到66MHz。這是一款高性能、低功耗的微處理器，內部集成了豐富的資源，包括：8KB的Cache、RAM、LCD控制器、DMA、UART和IIC總線(xiàn)接口等。主要用于GPS定位系統、無(wú)線(xiàn)通信、手持設備、監控系統和車(chē)載裝置的開(kāi)發(fā)。

　　S3C44B0X的存儲系統支持256MB的空間，劃分成各32MB的8部分。系統存儲器分配為BANK0～BANK7?？梢苑謩e用作外部存儲器和LCD、USB等外設的連接。其中，Bank0接FLASH，用于存放系統BIOS。Bank1接FLASH硬盤(pán)，用作系統硬盤(pán)，構建文件系統。Bank2接USB口，Bank3接LCD模塊，Bank6接SDRAM，Bank4、Bank5、Bank7保留。

　　2.2 DSP TMS20DM642的特點(diǎn)

　　TMS320DM642（簡(jiǎn)稱(chēng)DM642）是TMS320C6000系列中性能最好的一款定點(diǎn)DSP，基于美國德州儀器公司開(kāi)發(fā)的Veloci TI第二代高性能超長(cháng)指令字VLIW（Very Long Instruction Word）構架而設計，芯片采用兩級緩存的結構，能夠支持一系列功能強大的外設。DM642擁有大量片上資源：64-bit 外部存儲器接口、加強型DMA控制器、16/32位HPI接口、IIC總線(xiàn)、GPIO、多媒體卡控制器、USB、多通道音頻接口、10/100Mbs以太網(wǎng)、管理數據輸入輸出模塊等，是一款性能優(yōu)越的多媒體處理器，是設計數字音視頻處理系統的首選。

　　2.3主機接口HPI介紹

　　HPI（Host-Post InteRFace）接口是DSP與主機相連接的一個(gè)并行通信口，是構建主從式系統，實(shí)現主機與從機通信的重要接口。主機通過(guò)HPI可以訪(fǎng)問(wèn)DSP內全部的存儲空間及地址空間映射的外設，進(jìn)而控制DSP，實(shí)現數據交換。DM642的HPI接口有HPI16和HPI32兩種工作方式，在HPI16的方式下，高16位數據端口HD[31:16]還可又用于PCI接口通信。

　　DM642的HPI接口信號線(xiàn)有：32條主機數據總線(xiàn)，在非復用模式下，數據總線(xiàn)只傳輸數據信號，而在復用模式下，還可用于地址信號的傳輸；HR/W_（_表示負邏輯有效）是HPI接口的讀/寫(xiě)信號使能；HCS_、HDS1_、HDS2_是片選信號，三者在DSP的內部，經(jīng)過(guò)一個(gè)邏輯門(mén)，作為數據的讀/寫(xiě)控制邏輯；HRDY_是就緒信號，當輸出為低電平，表示接口忙，反之，表示可以對接口進(jìn)行操作；通過(guò)控制HRDY_，可以實(shí)現主機與DSP的握手通信；HINT_為DSP對主機的中斷請求輸出；HHWL用于在16位模式下識別高低半字；HAS_是地址選通信號；HCNTL0/1是HPI接口的功能選擇位，HCNTL0/1的功能描述如表1。

　　表1 HCNTL0/1功能描述



　　HPI寄存器共占用了256KB的內存空間，對應的16進(jìn)制地址范圍是：0X01880000～0X018BFFFF。其中，HPIC的起始地址為0X01880000，HPIA寫(xiě)的起始地址0X01880004，HPIA讀的起始地址為0X01880008，其他地址空間保留。在CPU對HPI進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)，必須正確的設置HPI寄存器。

3 接口設計

　　3.1 HPI接口讀/寫(xiě)時(shí)序

　　讀/寫(xiě)時(shí)序是實(shí)現計算機操作的重要一點(diǎn)，如果操作時(shí)序不相符，就會(huì )導致讀/寫(xiě)數據出錯，甚至是操作失敗。所以，滿(mǎn)足操作時(shí)序是實(shí)現計算機操作的先決條件之一。DM642的HPI接口操作時(shí)間為1.3ns～12ns或大約5個(gè)CPU時(shí)鐘脈沖。S3C44B0X的最高時(shí)鐘頻率可達66MHz（約為15.2ns），由此可知DM642的HPI與S3C44B0X在讀/寫(xiě)時(shí)序上的滿(mǎn)足要求，接口通信可以實(shí)現。DM642的HPI32讀/寫(xiě)時(shí)序如圖1，設計接口時(shí)，必須遵守該時(shí)序。由時(shí)序圖可知，控制HPI的讀/寫(xiě)時(shí)序，通過(guò)控制HCNTL、HR/W_ 、HSTROBE_、HCS_以及HRDY_這幾個(gè)信號端口就能實(shí)現。



　　 圖1 HPI32的讀/寫(xiě)時(shí)序圖

　　3.2硬件設計

　　在本設計方案中，S3C44B0X和DM642都是32位的處理器，且DM642有HPI32模式。為了充分利用資源，發(fā)揮其優(yōu)勢，采用32位模式設計接口。硬件電路如圖2所示。



　　 圖2 硬件接口方塊電路圖

　　各引腳連接說(shuō)明如下：

　?、貶D[31:0]與CPU的數據線(xiàn)D[31:0]相連。在HPI接口的復用模式，32條數據線(xiàn)HD[31:0]除了傳輸數據外，還需傳輸地址信號。

　?、谄x信號HCS_接nGCS4。HPI接口映射到保留的系統存儲器BANK4，主機通過(guò)操作BANK4就能控制HPI。

　?、垡騍3C44B0X沒(méi)有HR/W_信號，所以用A1代替，與之相連。A2、A3接HCNTL0/1，用作接口功能選擇。nOE和nWBE分別接HDS1_和HDS2_作為HPI的讀/寫(xiě)控制信號輸入。

　?、躰EWAIT接HRDY_。由于DM642的HRDY_與nEWAIT的有效邏輯電平相反，所以要通過(guò)一個(gè)非門(mén)連接。EINT1接HINT_，用來(lái)DSP向主機發(fā)中斷請求。

　?、軭PI32方式下，HHWL和地址選通信號HAS_無(wú)需使用，固定接上拉電阻（高電平）。

　　3.3 軟件設計

　　主機通過(guò)HPI接口訪(fǎng)問(wèn)DSP內部RAM，通過(guò)控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、數據寄存器HPID實(shí)現RAM的讀/寫(xiě)。ARM主機與DSP從機的通信就是對這幾個(gè)寄存器的操作。在編寫(xiě)接口驅動(dòng)時(shí)，HPI接口是被看作接到主機RAM的外設，由硬件設計可知，它被映射到BANK4的存儲空間（對應的存儲器地址是0X08000000～0X0A000000）。

　　結合時(shí)序分析和硬件的設計，可以編寫(xiě)接口驅動(dòng)。驅動(dòng)主要包括兩部分：首先是HPI寄存器初始化，然后是HPI接口的讀/寫(xiě)代碼。以下是HPI接口驅動(dòng)的部分代碼。

　　/* 地址及數據初始化 */

　　#define BASE_ADDR 0X08000000 // 定義基地址

　　/* HPIC、HPIA、HPID讀寫(xiě)地址的偏移量 */

　　#define HPIC_WR 0X00

　　#define HPID_A_WR 0X04

　　#define HPIA_WR 0X0C

　　#define HPIC_R 0X10

　　#define HPID_A_R 0X14

　　#define HPIA_R 0X1C

　　/* HPI讀、寫(xiě)代碼 */

　　unsigned long hpi_read_data (unsigned long addr)

　　{ unsigned long data;

　　data=read_data(BASE_ADDR+HPID_R); // 讀取數據

　 return(data); }

　　unsigned long hpi_write_data (unsigned long addr)

　　{ unsigned long data;

　　 set_addr(addr); // 設置起始地址

　　 write_data(BASE_ADDR+HPID_WR); } // 寫(xiě)入數據

　　4 結語(yǔ)

　　在主從式視頻監控系統中，通過(guò)HPI接口的設計，實(shí)現了S3C44B0X與DM642的高速通信。S3C44B0X運行的HPI讀/寫(xiě)程序，通過(guò)設置相應的中斷控制信號和對HPIC、HPIA、HPID三個(gè)寄存器的操作，實(shí)現對DM642內存空間的訪(fǎng)問(wèn)，并且可以控制映射到內存空間的數據采集終端及其他外設，從而實(shí)現了雙核間的數據交換。由此證明，在S3C44B0X與DM642構建的主從式系統中，利用HPI設計的接口電路可以準確、實(shí)時(shí)的實(shí)現兩個(gè)芯片間的數據通信。

　　本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：采用HPI32（32位）方式設計主從式系統的通信接口，與HPI16（16位）和HPI8（8位）相比，速度更快，雙核的協(xié)同工作性能更優(yōu)。

　　參 考 文 獻

　　[1]SAMSUNG.S3C44B0X USER`S MANUAL[Z]. http://www.samsung.com

　　[2]TEXAS INSTRUMENTS.TMS320DM642 USER`S MANUAL[Z]. http://www.ti.com

　　[3]李巖,榮盤(pán)祥編著(zhù).基于S3C44B0X嵌入式uCLinux系統原理及應用[M].北京:清華大學(xué)出版社.2005

　　[4]汪春梅,孫洪波編著(zhù).TMS320C5000 DSP系統設計與開(kāi)發(fā)實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社.2004

　　[5]徐錚,劉方.ARM S3C4510B與DSP C5416的接口設計[J].儀器儀表用戶(hù). 2005.6.93-94

　　[6]楊健,張慧慧,于東琴等,一種HPI技術(shù)在雙機系統通信中的應用[J].微計算機信息. 2006.22.127-129