HPI主機接口在多處理器系統中的應用

摘要：HPI是德州儀器公司在新一代、高性能DSP芯片上配置的與主機進(jìn)行通信的主機接口。它可以實(shí)現與主機之間并行、高速的數據交換，構成多機系統。介紹了HPI在某多處理器系統中的應用，分析了構成多機系統的硬件要求以及HPI的優(yōu)越性，詳細介紹了HPI的特點(diǎn)及實(shí)現方法。

關(guān)鍵詞：DSP 多處理器 HPI（主機接口） 主機通信

HPI是德州儀器（TI）公司在新一代、高性能DSP芯片上配置的與主機進(jìn)行通信的主機接口。它與主機之間能實(shí)現并行、高速的數據傳輸。在目前TI流行的DSP芯片中都配有HPI接口。

在傳統的單片機與主機進(jìn)行接口時(shí)，需要外擴必要的硬件電路。當單片機需要與主機共享RAM時(shí)，需在片外擴展RAM及觸發(fā)、鎖存等芯片，然后主機通過(guò)DMA方式訪(fǎng)問(wèn)該擴展RAM，這樣一來(lái)主機可以隨機或整塊地訪(fǎng)問(wèn)、共享RAM。另外，在片外至少需要擴展一片鎖存器使得單片機可以中斷主機。TI的TMS320C5402HPI接口將以上功能集成到DSP內部，使其與主機的連接變得非常簡(jiǎn)單。而且由于HPI是集成到片內的，主機可以達到很高的訪(fǎng)問(wèn)速度，滿(mǎn)足了數字信號處理中高速度的要求。本文介紹了TI公司TMS320C5402芯片中的HPI接口在構成某型雷達多處理機系統中的應用，分析了HPI的優(yōu)越性以及構成多機系統的硬件要求，詳細地介紹了HPI的特點(diǎn)及實(shí)現方法。

1 HPI主機接口構成

TMS320C5402芯片的HPI接口分為HPI8（8位主機接口）和HPI16（16位主機接口）兩種，其應用方式大同小異，限于篇幅本文主要介紹HPI8。HPI8實(shí)際上是一個(gè)8位的并行端口，主機通過(guò)它可以直接訪(fǎng)問(wèn)DSP片內的一段RAM。在早期的DSP中，這段公用的RAM是一段2K字的雙口RAM（對于TMSVC5402則可以訪(fǎng)問(wèn)所有的片內RAM）。當主機和DSP同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)同一地址時(shí)，主機優(yōu)先。由于TI的DSP芯片都是16位的，而HPI8只有8根數據線(xiàn)，所以數據的傳輸必須以字節為單位。在DSP與主機傳送數據時(shí)，HPI能自動(dòng)地將外部接口傳來(lái)連續的8位數組合成16位數后傳送給主機。

HPI主機由以下五個(gè)部分組成：

·HPI存儲器（DARAM）。HPI RAM主要用于DSP與主機之間傳送數據，也可以用作通用的雙導址數據RAM或程序RAM。

·HPI地址寄存器（HPIA）。它只能由主機對直接訪(fǎng)問(wèn)。該寄存器中存放著(zhù)當前尋址的HPI存儲單元的地址。

·HPI數據鎖存器（HPID）。它也只能由主機對其直接訪(fǎng)問(wèn)。如果當前進(jìn)行讀操作，則HPID中存放的是要從HPI存儲器中讀出的數據；如果當前進(jìn)行寫(xiě)操作，則HPID中存放的是將要寫(xiě)到HPI存儲器的數據。

·HPI控制寄存器（HPIC）。DSP和主機都能對它直接訪(fǎng)問(wèn)。

·HPI控制邏輯。用于處理HPI與主機之間的接口信號。

HPI控制寄存器（HPIC）對HPI的工作模式進(jìn)行控制，HPIC必須在進(jìn)行HPI訪(fǎng)問(wèn)前由主機初始化。當主機要隨機訪(fǎng)問(wèn)HPI RAM時(shí)，必須先發(fā)送一個(gè)地址到HPIA（HPI地址寄存器），然后訪(fǎng)問(wèn)該地址所指向的RAM單元。當主機需要連續訪(fǎng)問(wèn)一段HPI RAM中，則需要發(fā)送該段首地址到HPIA，然后以地址自增的方式訪(fǎng)問(wèn)。這時(shí)候主機每訪(fǎng)問(wèn)完一個(gè)存儲單元后HPIA自動(dòng)指向下一個(gè)單元。主機可以通過(guò)置位HPIC中的DSPINT位來(lái)中斷DSP芯片，DSP芯片也可以通過(guò)置位HPIC中的HINT位來(lái)中斷主機，此時(shí)HPI的引腳HINT被置位低電平，從而向主機發(fā)出中斷請求。主機可以通過(guò)置位HINT來(lái)屏蔽此中斷。HPI的數據、控制引腳都是專(zhuān)用的，它保證了HPI和DSP操作的并行性。HPI的引腳在無(wú)主機訪(fǎng)問(wèn)時(shí)呈高阻態(tài)，因此可以直接掛在主機數據總線(xiàn)上，使得硬件電路特別簡(jiǎn)單。

HPI引腳由以下幾部分組成：

（1）HD0～HD7：雙向并行三態(tài)數據總線(xiàn)。當不傳送數據（HDSx或HCS=1）或EMU1/OFF=0時(shí)，HD0～HD7均處于高阻態(tài)。

（2）HCS：HPI片選信號。作為HPI的使能輸入端，在每次尋址期間必須為低電平，而在兩次尋址之間也可以停留在低電平。

（3）HAS：地址選通信號，此信號用于主機的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)復用的情況。當不用時(shí)此信號應接高。

（4）HBIL：字節識別信號，用于識別主機傳送過(guò)來(lái)的是第一個(gè)字節還是第二個(gè)字節。當HBIL=0時(shí)為第一個(gè)字節，HBIL=1時(shí)為第二個(gè)字節。

（5）HCNTL0、HCNTL1：主機控制信號，用來(lái)選擇主機所要尋址的寄存器。當HCNTL1/HENTL0為00時(shí)，表明主機訪(fǎng)問(wèn)HPIC；當為01時(shí)，表明主機訪(fǎng)問(wèn)用HPIA指向的HPID，每讀一次，HPIA事后增加1，每寫(xiě)一次，HPIA事先增加1；當為10時(shí)，表明主機訪(fǎng)問(wèn)HPIA；當為11時(shí)，表明主機訪(fǎng)問(wèn)HPID，而HPIA不受影響。

（6）HDS1、HDS2：數據選通信號，在主機尋址HPI周期內控制數據的傳送。

（7）HINT：HPI中斷輸出信號，受HPIC中的HINT位控制。

（8）HRDY：HPI準備好端。高電平表示HPI已準備好執行一次數據傳送；低電平表示HPI正忙于完成當前事務(wù)，用于連續高速主機。

（9）HR/W：HPI讀寫(xiě)信號。高電平表示主機要讀HPI，低電平表示寫(xiě)HPI。

（10）HPIENA：HPI允許信號，若系統選中HPI則將它連到高電平，否則懸空或接低電平。

主機訪(fǎng)問(wèn)HPI的一個(gè)字包括兩個(gè)步驟：首先訪(fǎng)問(wèn)第一個(gè)字節，此時(shí)HBIL為0；然后訪(fǎng)問(wèn)第二個(gè)字節，此時(shí)HBIL為1；這兩步組成一個(gè)訪(fǎng)問(wèn)單元。這個(gè)訪(fǎng)問(wèn)單元不可被拆開(kāi)或顛倒，不管當前訪(fǎng)問(wèn)的是HPIA、HPIC還是HPID。

HPI有兩種工作方式：

·共用尋址方式（SAM），這是常用的操作方式。在SAM方式下，主機和DSP都能尋址HPI寄存器，異步工作的主機的尋址可以在HPI內部得到同步。如果DSP與主機的周期發(fā)生沖突，主機有優(yōu)先權。

·僅主機尋址方式（HOM）。在HOM方式下，只能讓主機尋址HPI存儲器，DSP則處于復位狀態(tài)或所有內部和外部時(shí)鐘都停止的IDLE2空轉狀態(tài)（最小功耗狀態(tài)）；

HPI支持DSP與主機之間數據的高速傳輸。在SAM工作方式，若HPI每5個(gè)時(shí)鐘周期傳送一個(gè)字節，主機的運行頻率可達（fdsp×n）/5。其中fdsp是DSP的時(shí)鐘頻率，n是主機進(jìn)行一次外部尋址所需的周期數，通常n為3（或4）。假定DSP的運行頻率為100MHz，主機的時(shí)鐘頻率可達60（或80）MHz，且不需插入等待周期。而在HOM方式下，主機可以更快的速度工作，且與DSP的時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)。

2 應用系統及結果

滑窗算法是數字信號處理中一種常用的基本算法，在通信、雷達、電子對抗、參數估計、信號識別中有著(zhù)廣泛的應用。但滑窗算法一般是遍歷性的算法，其運算量大，在實(shí)時(shí)處理中受到限制。隨著(zhù)DSP技術(shù)的發(fā)展，高速DSP芯片的出現，使滑窗算法的實(shí)際應用得以擴大。本文利用兩片TI公司的高速DSP芯片TMS320C5402，應用其HPI接口并行實(shí)現多種滑窗算法，滿(mǎn)足了某雷達系統解模糊的實(shí)時(shí)需要。系統由兩片TMS320C5402完成所有的數字信號處理算法。主要是多重滑窗算法。根據實(shí)際系統的需要，將多重滑窗算法處理分布在兩片TMS320C5402上，利用其HPI接口完成多處理機之間的快速數據交換，構成多機并行處理系統，完成多重滑窗算法的多機并行處理。整個(gè)系統的基本框圖如圖1所示。

HPI在雙處理器中的應用原理圖如圖2所示。在本方案中，將不用的信號如HAS、HPIENA、HDS2接高，而HRDY懸空。由上面的分析可以很容易地得到HPI操作控制線(xiàn)占用的I/O端口，詳細的分配情況見(jiàn)表1。

表1 HPI操作占用的I/O端口分配圖

當對HPIC進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)時(shí)（將一個(gè)十六位的數據送到HPIC中），首先將低八位數據送到端口地址為0h的I/O空間，然后將高八位送到端口地址為020h的I/O空間。HPID、HPIA的訪(fǎng)問(wèn)方式與之相同。下面是HPI接口初始化程序的部分代碼；

PORTW *AR0，0h

LD *AR0,*-8,a

STL A,*AR0

PORTW *AR0,020h

·代碼說(shuō)明：AR0中存放的是要發(fā)送數據的地址，這一段程序將一個(gè)16位的數據送到HPIC中。

參照上述步驟可以方便地通過(guò)HPI將DSP與FPGA、DSP和單片機等其它主機相連，限于篇幅，這里僅給出FPGA與DSP相連時(shí)FPGA的邏輯信號，如圖3所示。

大量仿真與實(shí)測數據表明，各項指標均滿(mǎn)足設計要求。該系統已在某雷達系統中獲得應用。