基于USB2.0的TMS320VC5402 HPI自舉

　　引言

　　當前，DSP（Digital Signal Processor）芯片已經(jīng)廣泛應用于通信、信號處理、雷達、圖像處理等多個(gè)領(lǐng)域，其強大、高效的運算能力，是其他微處理器無(wú)法比擬的。為充分發(fā)揮DSP運算高效的優(yōu)勢，用戶(hù)程序通常在DSP內部RAM中運行，這就需要利用DSP的自舉引導（Boot loader）功能。在DSP多機系統中，HPI自舉是首選。目前，采用HPI自舉的實(shí)例主要有兩種，一種是用單片機作為主控制器，通過(guò)PC機串口或者外掛的存儲器得到要下載的DSP用戶(hù)程序數據，這種方案無(wú)法實(shí)現系統與PC機之間數據的實(shí)時(shí)高速傳輸；另一種是用PC機并口里控制DSP HPI接口，從而把程序寫(xiě)入DSP 的內部RAM，該方案無(wú)法滿(mǎn)足嵌入式系統的即插即用要求。

　　USB接口具有即插即用，速度快（最高可達480Mbps）等特點(diǎn)，可成為PC機的外圍設備擴展中應用日益廣泛的接口標準，基于USB總線(xiàn)對DSP實(shí)現HPI自舉，可以降低成本，也便于DSP與PC機的高速數據通信，鑒于此種考慮，本文介紹一種利用USB2.0接口控制芯片（CY7C68013－56PVC）實(shí)現TMS320VC5402自舉的實(shí)現方案。

　　芯片介紹

　　USB2.0芯片及其GPIF簡(jiǎn)介

　　本方案采用的USB2.0接口控制芯片是Cvpress公司的CY7C6801356PVC，該系列芯片是世界上第一款支持USB2.0的集成微控制器芯片，它集成有USB2.0收發(fā)器、智能串行接口引擎（SIE）、增強的8051微處理器，通用可編程接口（GPIF）、片上RAM和FIFO存儲器[1]。該系列芯片的智能引擎也支持USB1.1協(xié)議，因此，它具有很好兼容性。

　　CY7C68013與外設有主/從兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO，可編程接口GPIF是一個(gè)微狀態(tài)機[2]，可由軟件編寫(xiě)讀寫(xiě)控制時(shí)序，也可以作為USB FIFO的主控制器與DSP進(jìn)行無(wú)縫連接，GPIF可工作在自動(dòng)模式，USB總線(xiàn)和GPIF接口域直接進(jìn)行數據傳輸，無(wú)需8051內核直接參入，以此解決USB2.0高速傳輸的“瓶頸”問(wèn)題，GPIF與8051內核關(guān)系如圖1所示。

　　DSP芯片及其HPI簡(jiǎn)介

　　TMS320VC5402是TI公司的一款性?xún)r(jià)比極高的低功耗定點(diǎn)數字信號處理器（DSP），該芯片的主機接口（HPI，Host Port Interface）被稱(chēng)為HPI－8。這種HPI－8接口的最大特點(diǎn)是它允許主機訪(fǎng)問(wèn)DSP的整個(gè)片內空間。HPI接口通過(guò)HPI控制寄存器（HPIC）、地址寄存器（HPIA）數據寄存器（HPID）和HPI內存塊來(lái)實(shí)現與主機的數據通信。主處理器對HPI的訪(fǎng)問(wèn)由內外兩部分組成，其中外部主要為主處理與HPI寄存器交換數據，而內部則用于為HPI寄存器與DSP存儲單元交換數據（由DMA自動(dòng)完成）。在進(jìn)行數據地實(shí)時(shí)通信時(shí)，DSP與主機可以通過(guò)中斷信號進(jìn)行握手。其具體實(shí)現可通過(guò)設置HPIC寄存器的HINT、DSPINT位來(lái)對對方進(jìn)行中斷[3]。

　　硬件設計

　　設計原理

　　自舉從本質(zhì)上說(shuō)就是DSP上電后，在Bootloader引導下，獲取應用程序并開(kāi)始運行的過(guò)程，TMS320VC5402上電以后，當MP/MC為低電平時(shí)，系統將從片內ROM的OFF80H開(kāi)始執行，此處的跳轉指令使程序跳轉至BootLoader程序入口處（OF800H處）。Bootloader程序先清除IFR，并設置HPI入口點(diǎn)（0x7F）的值為0，置HINT為低，再檢測INT2是否置位(置位可以通過(guò)將HINT和INT2相連來(lái)實(shí)現），如置位則進(jìn)行HIP自舉[4]，具過(guò)程如圖2所示。

　　DSP復位之后，如檢測到HPI自舉方式有效，就可以進(jìn)行HPI自舉引導，基于USB總線(xiàn)的HPI自舉，就是在Bootloader引導下，通過(guò)USB接口控制芯片把程序數據由主機（PC）寫(xiě)入DSP內部RAM（DARAM）并使DSP開(kāi)始運行的過(guò)程，該自舉過(guò)程分為三個(gè)步驟：一是寫(xiě)HPIC，以設置HPI控制參數；二是寫(xiě)HPIA，設置訪(fǎng)問(wèn)DSP的首地址；三是通過(guò)HPID下載程序。

　　首先，推動(dòng)EZ－USB Control Panel下載CY7C68013的固件程序。當重枚舉結束，驅動(dòng)程序（ezusb.sis）重新安裝成功后,在Control Panel中通過(guò)發(fā)送請求的方式由端點(diǎn)0向HPIC（主要設置BOB位，確定字節配合）發(fā)送兩個(gè)相同的8位控制字，而當HPIC初始化完成之后，再通過(guò)端點(diǎn)0設置欲下載程序段到DSP中的首地址HPIA。HPIC、HPIA設置好之后，就可以通過(guò)端點(diǎn)2下載DSP程序代碼段，程序代碼段需要分段下載，實(shí)際上，CY7C68013通過(guò)端點(diǎn)2把數據寫(xiě)入HPID，然后，DSP按照HPIA指定的地址，由DMA自動(dòng)將HPID中的數據寫(xiě)到RAM，接口控制時(shí)序可由GPIF軟件編程控制，程序數據分段下載完畢之后，再將程序的入口地址通過(guò)端點(diǎn)0寫(xiě)入0x7F處，在主機下載程序的過(guò)程中，DSP將一直檢測0x7F是否為0，如不為0，即判定DSP已由主機進(jìn)行了HPI自舉加載，并按照該值跳轉PC指針，以開(kāi)始運行，進(jìn)而完成HPI自舉。

　　硬件電路

　　本設計用CY7C68013－56PVC與TMS320VC5402的HPI口相連接，接口選擇GPIF模式，硬件電路如圖3所示，該方案中，HCNTL[1：0]與GPIF的低位地址線(xiàn)PA3、PA2相連，以選擇需要訪(fǎng)問(wèn)的HPI的HPIA、HPIC，HPID寄存器，CTL0接至HR/W，可作為讀寫(xiě)控制信號，HDS1與輸出信號線(xiàn)CTL1相連，以作為HPI訪(fǎng)問(wèn)的選通信號，HBIL與輸出信號線(xiàn)CTL2相連，已用于識別傳輸的是第一個(gè)字節還是第二個(gè)字節，HRDY接輸入信號線(xiàn)RDY0。用于通過(guò)主機查詢(xún)HPI口的狀態(tài)，HINT、INT2與INT0連接，可確保HPI自舉有效，HCS接GND，可使HPI片選信號有效，HPIENA接高電平時(shí)，HPI使能，HAS、HDS2接高電平時(shí)，信號線(xiàn)禁用。數據線(xiàn)PD[7：0]與HD[7：0]相連,可在控制時(shí)序作用下傳輸一切數據信號。HPI接口控制時(shí)序由CTL0、CTL1、CTL2引腳輸出，在自舉過(guò)程中，系統將關(guān)閉CY7C68013所有的中斷，若要通過(guò)中斷實(shí)現數據通信的握手，可以在自舉完畢打開(kāi)CY7C68013的中斷。

　　CY7C68013的具體配置為：?jiǎn)⒂肎PIF接口控制數據傳輸，GPIF接口采用內部時(shí)鐘（48MHz）；端點(diǎn)2設置為批量傳輸輸出端點(diǎn)，最大傳輸值是512字節，雙緩沖；終端4、8禁用。端點(diǎn)6可作為批量傳輸輸入端點(diǎn)來(lái)向主機傳輸數據，需要說(shuō)明的是端點(diǎn)6不是自舉所必需的。

　　軟件設計

　　DSP應用程序設計

　　實(shí)現TMS320VC5402 HPI自舉的前提是生成DSP應用程序的分段Hex代碼文件，在CCS中可用匯編語(yǔ)言，C語(yǔ)言等編寫(xiě)應用程序源代碼，經(jīng)匯編、鏈接、編譯后，生成可執行的公共目標文件格式（COFF）的文件，COFF文件不能用于HPI自舉引導，而需要利用TI公司的文件格式轉換工具hex00.exe，將COFF文件轉換為Hex格式文件[5]。格式轉換的關(guān)鍵是正確編寫(xiě)Hex命令文件，下面討論如何編寫(xiě)這種命令文件，例如將包含text段的源程序鏈接、編譯生成test.out文件，編寫(xiě)命令文件時(shí)，可利用hex500.exe將test.out轉換為對應text段的Hex文件，命令文件test為.cmd如下：

－i 　　　　　//生成Intel格式

test.out 　　//輸入文件

ROMS

{

PAGE 0：ROM1：org＝0x2000，Length＝0x2000，romwidth＝16，memwidth＝16，

files＝{test1.hex} 　　//text段的起始地址為0x2000

}　　　//如有多端就可增加多個(gè)ROM SECTIONS

{text：paddr＝0x2000}　//如有多端就可增加多個(gè)部分

　　在DOS環(huán)境下，利用hex500.exe轉換命令文件test.cmd，就可得到test1.hex文件，通過(guò)CY7C68013把test1.hex文件寫(xiě)入DSP內部RAM，再把程序的入口地址寫(xiě)入0x7F處，便可完成自舉。

　　USB固件程序設計

　　Cypress公司提供有USB的輔助開(kāi)發(fā)工具：EZ－USB Control Panel，GPIF Designer。通過(guò)GPIF Designer可以生成GPIF波形圖及相應的C源代碼gpif.c。Cypress公司同時(shí)提供了固件程序框架，因而可把gpif.c加入固件程序框架進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而提高開(kāi)發(fā)效率。本方案中，固件程序設計的重點(diǎn)是對GPIF的編程，以便生成符合HPI接口的時(shí)序的波形描述代碼，以用于控制數據傳輸，HPI自舉需要的GPIF控制波形描述符為：?jiǎn)巫止潓?xiě)（兩種），FIFO寫(xiě)。HPIA、HPIC的初始化需要單字節寫(xiě)控制時(shí)序，程序代碼寫(xiě)入HPID需要FIFO寫(xiě)控制時(shí)序，若要實(shí)現二者的數據通信，還需要單字節讀、FIFO讀等控制波形描述符。

　　HPIC、HPIA的初始值是在EZUSB Control Panel中通過(guò)制造商請求工具欄由EP0發(fā)送的，固件程序中還要有相應的請求處理程序，以完成具體的設置，如假定HPIC請求類(lèi)型的ID為0xB6.HPIC＝0x0101（BOB位為1），則請求工具欄的具體參數應為：Req＝0xB6，Value＝0x0000，Index＝0xBEEF，Length＝2，Dir＝0，Hex Bytes＝0101，固件中應加入的請求處理程序為：

case 0xB6：

{EPOBCL＝0； 　　　　　　　　　//EP0使能

while（EP01STAT＆bmEP0BSY）； //等待EPO數據接收完畢

while（！HPI_RDY）；　　　　　 //等待HPI處理完畢

IOA＝0x00；　　　　　　　　　　 //選擇HPIC寄存器

GPIFWFSELECT＝0x1E； 　　　　　//選擇寫(xiě)低字節的單字節寫(xiě)控制波形

while（?。℅PIFTRIG＆0x80））

{；}

XGPIFSGLDATLX＝EP0BUF[0]；　　 //寫(xiě)低字節數據

GPIFWFSELECT＝0x4E； 　　　　　//選擇寫(xiě)高字節的單字節寫(xiě)控制波形

while（?。℅PIFTRIG＆0x80））

{；}

XGPIFSGLDATALX＝EP0BUF[1]；　　//寫(xiě)高字節數據

break；}

　　設置程序下載的首地址（HPIA值）的請求處理程序與設置HPIC的程序基本相同，只需按照請求類(lèi)型的ID，來(lái)改變訪(fǎng)問(wèn)寄存器的地址即可，訪(fǎng)問(wèn)HPIA時(shí)，HCNTL[1：0]＝10b，即IOA＝0x08。

　　訪(fǎng)問(wèn)HPID下載程序數據時(shí)，可采用大端點(diǎn)EP2自動(dòng)打包方式（AUTOIN＝1），即將數據發(fā)送到端點(diǎn)后，自動(dòng)傳到FIFO中,等待寫(xiě)HPID條件具備，再啟動(dòng)GPIF，以將程序數據寫(xiě)入HPID，訪(fǎng)問(wèn)HPDI可采用地址自動(dòng)增加模式（HCNTL[1：0]＝01b），寫(xiě)數據前，地址自動(dòng)加1，這樣，數據便可以經(jīng)過(guò)DSP內部DMA自動(dòng)寫(xiě)入內部RAM，寫(xiě)HPID的程序如下：

if（GPIFTRIG＆0x80） 　//GPIF接口是否處于空閑狀態(tài)

{if（?。‥P24FIFOELGS＆0x02）） //自動(dòng)向量是否可以訪(fǎng)問(wèn)EP2FIFO中數據

{IOA＝0x04； //選擇HPID寄存器，且訪(fǎng)問(wèn)時(shí)地址自動(dòng)增加

while（！HPI_RDY）； 　//等待HPI處理完畢

SYNCDELAY；

GPIFTCB1＝EP2FIFOBCH； //寫(xiě)入的字節數

SYNCDELAY；

GPIFTCB0＝EP2FIFOBCL；

SYNCDELAY；

GPIFTRIG＝GPIF_EP2；　 //啟動(dòng)寫(xiě)數據

SYNCDELAY；

While（?。℅PIFTRIG＆0x80） //等待寫(xiě)入完畢

{；}

SYNCDELAY；}}

　　這樣程序數據就可以分段通過(guò)端點(diǎn)2寫(xiě)入DSP內部RAM，最后再把入口地址寫(xiě)入0x7F，以完成HPI自舉，值得注意的是，采用此種方式訪(fǎng)問(wèn)HPID時(shí)，寫(xiě)入HPIA的初值為程序入口的一個(gè)地址，例如，寫(xiě)test1.hex時(shí)，應設定HPIA＝0x1fff。

　　為縮短開(kāi)發(fā)周期，本設計采用開(kāi)發(fā)包中通用驅動(dòng)（ezusb.sys）和EZUSB Control Panel進(jìn)行開(kāi)發(fā)、調試、也可以對通用驅動(dòng)、控制面板的源程序在VC＋＋環(huán)境（需要DDK的支持）下進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，以便編譯出開(kāi)發(fā)者滿(mǎn)意的驅動(dòng)程序和上位機程序。

　　結束語(yǔ)

　　通過(guò)實(shí)踐證明，基于USB2.0總線(xiàn)DSP HPI自舉的方案是可行的，可以達到預期效果，該方案可以省掉外擴的EPROM、FLASH及RAM等程序存儲器，故可節約成本，也便于DSP軟件算法升級，而且符合嵌入式系統要求，有很好的應用前景，當然，該方案還有待進(jìn)一步優(yōu)化與增強，若要訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器，還需要編寫(xiě)二次引導程序，以便通過(guò)該程序把內部存儲器中的數據編譯到外部存儲器，若需DSP與主機實(shí)時(shí)通信，則需要USB固件和DSP源程序中編寫(xiě)相應的中斷服務(wù)程序。