PC/104總線(xiàn)與TMS320VC5402 HPI口通信的解決方案

摘要：介紹了TI公司信號處理芯片TMS320VC5402 HPI（主機接口）的結構及主要特點(diǎn)，提出了HPI接口與PC/104總線(xiàn)進(jìn)行通信連接的設計方案。該方案充分利用DSP的HPI接口功能，實(shí)現了主機實(shí)時(shí)讀/寫(xiě)DSP任意片內存儲單元的內容。關(guān)鍵詞：DSP HPI PC/104 TMS320VC5402（以下簡(jiǎn)稱(chēng)C5402）是德州儀器公司（TI）推出的性?xún)r(jià)比極高的定點(diǎn)數字信號處理器（DSP）。采用改進(jìn)的Harvard處理結構和指令流水線(xiàn)操作，計算處理速度很高（100MIPS），指令周期可達10ns；片內提供16K字的RAM，用作程序和數據存儲，其最大可擴展尋址空間為1M字；主機接口（HPI）是具有強大功能的智能外設，提供了DSP和外部處理器的通信接口。掌握HPI的原理和使用方法，可以使硬件的設計更加簡(jiǎn)單靈活。DSP在通過(guò)HPI口和主機通信的過(guò)程中完全沒(méi)有軟件和硬件開(kāi)銷(xiāo)，由DSP自身的硬件協(xié)調沖突，不會(huì )打斷DSP正常程序的運行。在HPI通信方式下，DSP的片內存儲器對外界完全透明，由主機訪(fǎng)問(wèn)HPI的地址和數據寄存器便可完成對DSP片內存儲器的讀/寫(xiě)。 本文立足于實(shí)驗經(jīng)驗，以TMS320VC5402與PC/104總線(xiàn)為例，介紹基于HPI口的硬件接口及軟件實(shí)現。1 TMS320VC5402 HPI口簡(jiǎn)介 主機接口HPI（Host Port Interface）是TMS320C5000系列定點(diǎn)芯片內部具有的一種接口部件，主要用于DSP與其它總線(xiàn)或CPU進(jìn)行連接。TI的C54xx系列都提供了8位或16位的增強型HPI接口，在此以C5402增強型8位HPI接口為例進(jìn)行詳細介紹。 C5402的HPI口由一個(gè)8位數據總線(xiàn)和用于設備和控制接口的控制信號線(xiàn)組成，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，實(shí)現與主機之間的通信。其主要特點(diǎn)在于接口所需外圍硬件很少，很容易與各種主機相連，且僅需要很少甚至不需要外加接口邏輯。引腳功能如表1所示。表1 HPI引腳的名稱(chēng)及功能 HPI引腳接至主機引腳狀 態(tài)信號功能HD0HD7數據總線(xiàn)I/O/ZHPI雙向并行三態(tài)數據總線(xiàn)。當不傳送數據（/HSC或/HDSx=1）或EMU1//OFF=0（切斷所有輸出）時(shí)，HD7（MSB）～HD0（LSB）均處于高阻態(tài)。/HAS地址鎖存使能（ALE）或地址選通輸入信號引腳，不用則接高電平I地址選通輸入信號。如果主機的地址和數據是一條多路總線(xiàn)，則/HAS連到主機的ALE引腳；如果主機的地址和數據是分開(kāi)的，就將/HAS接高電平。/HCS地址或控制線(xiàn)I片選信號。作為HPI的使能輸入，主機在對HPI訪(fǎng)問(wèn)時(shí)信號/HCS要保持低電平。HBIL地址或控制線(xiàn)I字節輸入識別信號。HBIL為低時(shí)讀/寫(xiě)第一個(gè)字節，為高時(shí)讀/寫(xiě)第二個(gè)字節。HBIL和HPI控制寄存器（HPIC）中的BOB位配合使用。HCNTL0/1地址或控制線(xiàn)I主機控制信號。選擇主機所訪(fǎng)問(wèn)的是哪個(gè)寄存器：地址寄存器HPIA、數據寄存器HPID、控制寄存器HPIC。/HDS1/2讀/寫(xiě)、數據選通輸入信號引腳I數據選通輸入。在主機訪(fǎng)問(wèn)期間控制HPI數據的傳輸。/HINT主機中斷輸入O/Z主機中斷輸入。由控制寄存器HPIC中的HINT位控制。當C54x復位時(shí)為高電平，EMU1//OFF低電平時(shí)為高阻態(tài)。HRDY異步準備好信號引腳O/ZHPI接口準備好信號輸出。HRDY為高說(shuō)明HPI準備好數據傳送（主機可進(jìn)行數據傳輸），為低表示HPI接口忙（主機不可傳輸數據），正在進(jìn)行上次傳輸的內部操作。HR//W讀寫(xiě)選通信號引腳或地址線(xiàn)I讀/寫(xiě)選通信號輸入端。在主機訪(fǎng)問(wèn)期間控制數據的傳輸方向。高電平表示主機讀HPI，低電平表示寫(xiě)HPI。HPIENAVDDIHPI模塊選擇輸入。信號必須和VDD聯(lián)系起來(lái)，保證選擇HPI。如果輸入為開(kāi)或接地，HPI模塊將不會(huì )被選擇。HPI是8位的數據總線(xiàn)接口，由于C5402是16位的，所以與主機通信的數據都是由兩個(gè)連續的字節組成，并且由HBIL引腳指示正在傳輸的是第一個(gè)還是第二個(gè)字節。主機使用HCNTL0/1指定所訪(fǎng)問(wèn)的是HPI控制寄存器HPIC或HPI數據寄存器HPID或HPI地址寄存器HPIA，也可以用地址自動(dòng)增加的方式訪(fǎng)問(wèn)數據寄存器HPID，具體方式如表2所示。表2 HCNTL0/1功能選擇 HNTL0HCNTL1說(shuō) 明00主機可以讀寫(xiě)HPI的控制寄存器HPIC。01主機可以讀寫(xiě)HPI的數據寄存器HPID。每次讀后HPIA加1，每次寫(xiě)前HPIA加1。10主機可以讀寫(xiě)HPI的地址寄存器HPIA。11主機可以讀寫(xiě)HPI的數據寄存器HPID。對HPI口的操作，HPIA不受影響。2 系統的硬件設計方案 整個(gè)硬件系統由DSP、EPM7128S、TPS73HD301、SST39VF400A等組成。DSP的主要任務(wù)是將經(jīng)放大和解調后的無(wú)線(xiàn)電修正通道視頻信號接收下來(lái)，現通過(guò)譯碼等處理后送給主探機。其原理如圖1所示。 C5402采用低電壓工作，其內核電壓為1.8V、I/O管腳電壓為3.3V，而PC/104總線(xiàn)工作于5V電壓。為了使電路能穩定正常的工作，C5402的數據總線(xiàn)接有一個(gè)SN74LVC245A。它是TI公司生產(chǎn)的3.3V和5V電壓平相轉換的雙向緩沖器，可以雙電源供電，一邊工作在3.3V，一邊工作在5V，轉換的方向由兩個(gè)DIR管腳控制。它串在數據總線(xiàn)上，既可以為DSP提供驅動(dòng)5V數字電路的能力，也可以為DSP提供5V信號讀入的保護。這樣，就不再需要為多個(gè)不同外設而考慮總線(xiàn)驅動(dòng)不夠的問(wèn)題。DSP主機接口和PC/104的連接如圖2所示。 主機和DSP可獨立地對HPI接口操作，主機和DSP的握手可通過(guò)中斷方式完成。另外，主機還可以通過(guò)HPI接口裝載DSP應用程序，接收DSP運行結果或診斷DSP運行狀態(tài)，為DSP芯片的接口開(kāi)發(fā)提供一種極為方便的途徑。HPI-8為8位并行口，提供C54x與外部主機的接口，C54x可通過(guò)片內RAM與主機設備交換數據。主機與HPI-8的通信是通過(guò)專(zhuān)用的地址寄存器和數據寄存器完成的，C54x不能直接讀/寫(xiě)，HPI控制寄存器允許主機和C54x進(jìn)行讀/寫(xiě)，包括配置通信協(xié)議和控制通信（握手）的比特。 EPM7128S用來(lái)提供整個(gè)系統需要的組合邏輯。它屬于MAX7000系列，是Altera公司的基于第二代MAX結構的CPLD。它提供多達5000個(gè)可用門(mén)和在系統編程，其引腳到引腳延時(shí)快達6ns?？梢匀菁{各種各樣的獨立的組合邏輯和時(shí)序邏輯。EPM7128S有兩個(gè)工作電壓核電壓為5V，I/O工作電壓可設為5V或3.3V。設為3.3V時(shí)，其輸入為5V，而輸出為3.3V TTL電平（所有的驅動(dòng)器均能配置在3.3V和5V，允許用于混合電壓系統中）。EPM7128S的優(yōu)點(diǎn)是基于E2PROM原理，可以通過(guò)JTAG口進(jìn)行在線(xiàn)編程，設計得可將設計內容從PC機上通過(guò)下載電纜和JTAG口對EPM7128S進(jìn)行任意次修改。在這里使用EPM7128S是為電路提供組合邏輯以映射空間。它有多達100個(gè)I/O引腳可供編程使用，可以接入PS、IS等管腳，方便系統擴展存儲空間和外設。3 軟件編程 程序分為兩大部分：主程序及中斷服務(wù)子程序。主程序完成初始化后，等待CC同步脈沖的到來(lái)。CC同步信號連到DSP的外部中斷上，當脈沖到來(lái)時(shí)，DSP響應外部中斷，脈沖到來(lái)一次響應一次中斷。中斷服務(wù)子程序完成隨機數的迭代、對比、信號的接收、譯碼、解密及主控機的數據傳輸等。主程序流程如圖3所示。 C54x和主機都能夠訪(fǎng)問(wèn)C54x片內RAM。主機存儲必須同步于C54x的時(shí)鐘，以確保片內RAM讀/寫(xiě)正確。當C54x和主機同時(shí)讀/寫(xiě)同一存儲區域時(shí)將產(chǎn)生沖突，這時(shí)主機具有優(yōu)先權，C54x CPU將等待一個(gè)C54x時(shí)鐘周期。 主機訪(fǎng)問(wèn)HPI時(shí)，首先完成外部接口部分的操作，即先即始化HPIC寄存器，然后初始化HPIA寄存器，再從HPID寄存器中讀出或寫(xiě)入數據。HPI的3個(gè)寄存器如表3所示。表3 HPI寄存器 名 稱(chēng)地 址說(shuō) 明 HPIA--HPI地址寄存器，只能由主機讀寫(xiě)。該寄存器對應主機訪(fǎng)問(wèn)的C54x的片內地址。HPIC002ChHPI控制寄存器，主機和C54x都可以讀寫(xiě)。用于對HPI操作的控制與狀態(tài)位。HPID--HPI數據寄存器，只能由主機讀寫(xiě)。主機讀寫(xiě)由HPIA指定的C54x片內存儲器單元。在DSP的初始化程序中，一般對HPIC進(jìn)行了初始化后就無(wú)需再對HPI操作了，其余的工作就完全由主機完成。通過(guò)HPI接口，主機和C54x之間可以相互發(fā)送中斷請求。主機通過(guò)HPIC寄存器的DSPINT位中斷C54x，而C54x通過(guò)HPIC寄存器的HINT位發(fā)中斷請求到主機。無(wú)論是主機或C54x都可以通過(guò)讀取HPIC來(lái)判斷HINT引腳的狀態(tài)，但是HPIC中的HINT位只能由主機清除。 HPID寄存器具有可供選擇的自動(dòng)地址自增特性，它為讀/寫(xiě)連續的存儲區提供了便利。自增模式下連接傳送數據，每訪(fǎng)問(wèn)存儲器一次，HPIA寄存器地址就自動(dòng)增加。由于主機無(wú)需在每次訪(fǎng)問(wèn)存儲器時(shí)修改HPIA值，從而提高了系統性能。當HCNTL0=1且HCNTL1=0時(shí)選擇自增模式。需要注意的是，如果采用了擴展的片內RAM，要保證正確的自增操作，HPIC寄存器中的XHPIA位必需設置為1。 當使用地址自增模式時(shí)，讀操作后HPIA寄存器地址加1；寫(xiě)操作前，HPIA寄存器地址加1。因此，如果對給定地址使用自增模式下寫(xiě)操作時(shí)，HPIA寄存器應初始化為起始地址減1。地址自增會(huì )影響HPIA的16位，在使用擴展片內RAM（C5410除外）時(shí)，地址自增也影響擴展地址。如果HPIA=FFFh，那么下次讀/寫(xiě)時(shí)將HPI地址改變?yōu)?10000h。由于C5410的地址自增不會(huì )影響擴展HPI尋址，因此在上面的操作中，如果使用C5410，將使C5410地址改變?yōu)?00000。 HPI口的應用極大地方便了PC/104總線(xiàn)與DSP系統的數據交換，使在線(xiàn)修改DSP存儲器的數據成為可能。該方案靈活、簡(jiǎn)單，適用于任何含有HPI接口的DSP應用系統，從而為開(kāi)發(fā)人員提供了一種全新的數據共享/傳輸方案。