PC/104與TMS320VC5402 HPI口通信的方案

　　TMS320VC5402（以下簡稱C5402）是德州儀器公司（TI）推出的性價比極高的定點數(shù)字信號處理器（DSP）。采用改進的Harvard處理結(jié)構(gòu)和指令流水線操作，計算處理速度很高（100MIPS），指令周期可達(dá)10ns；片內(nèi)提供16K字的RAM，用作程序和數(shù)據(jù)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(shè)，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(shè)計更加簡單靈活。DSP在通過HPI口和主機通信的過程中完全沒有軟件和硬件開銷，由DSP自身的硬件協(xié)調(diào)沖突，不會打斷DSP正常程序的運行。在HPI通信方式下，DSP的片內(nèi)存儲器對外界完全透明，由主機訪問HPI的地址和數(shù)據(jù)寄存器便可完成對DSP片內(nèi)存儲器的讀/寫。 本文立足于實驗經(jīng)驗，以TMS320VC5402與PC/104總線為例，介紹基于HPI口的硬件接口及軟件實現(xiàn)。

　　1 TMS320VC5402 HPI口簡介

　　主機接口HPI（Host Port Interface）是TMS320C5000系列定點芯片內(nèi)部具有的一種接口部件，主要用于DSP與其它總線或CPU進行連接。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接口為例進行詳細(xì)介紹。

　　C5402的HPI口由一個8位數(shù)據(jù)總線和用于設(shè)備和控制接口的控制信號線組成，HPI接口通過HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID和HPI內(nèi)存塊，實現(xiàn)與主機之間的通信。其主要特點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引腳的名稱及功能 HPI引腳接至主機引腳狀 態(tài)信號功能 HD0HD7 數(shù)據(jù)總線 I/O/Z HPI雙向并行三態(tài)數(shù)據(jù)總線。當(dāng)不傳送數(shù)據(jù)（/HSC或/HDSx=1）或EMU1//OFF=0（切斷所有輸出）時，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(shù)據(jù)是一條多路總線，則/HAS連到主機的ALE引腳；如果主機的地址和數(shù)據(jù)是分開的，就將/HAS接高電平。 /HCS 地址或控制線 I 片選信號。作為HPI的使能輸入，主機在對HPI訪問時信號/HCS要保持低電平。 HBIL 地址或控制線 I 字節(jié)輸入識別信號。HBIL為低時讀/寫第一個字節(jié)，為高時讀/寫第二個字節(jié)。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 I 主機控制信號。選擇主機所訪問的是哪個寄存器：地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID、控制寄存器HPIC。

　　/HDS1/2 讀/寫、數(shù)據(jù)選通輸入信號引腳 I 數(shù)據(jù)選通輸入。在主機訪問期間控制HPI數(shù)據(jù)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(dāng)C54x復(fù)位時為高電平，EMU1//OFF低電平時為高阻態(tài)。

　　HRDY 異步準(zhǔn)備好信號引腳 O/Z HPI接口準(zhǔn)備好信號輸出。HRDY為高說明HPI準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)傳送（主機可進行數(shù)據(jù)傳輸），為低表示HPI接口忙（主機不可傳輸數(shù)據(jù)），正在進行上次傳輸?shù)膬?nèi)部操作。 HR//W 讀寫選通信號引腳或地址線 I 讀/寫選通信號輸入端。在主機訪問期間控制數(shù)據(jù)的傳輸方向。高電平表示主機讀HPI，低電平表示寫HPI。 HPIENA VDD I HPI模塊選擇輸入。信號必須和VDD聯(lián)系起來，保證選擇HPI。如果輸入為開或接地，HPI模塊將不會被選擇。 HPI是8位的數(shù)據(jù)總線接口，由于C5402是16位的，所以與主機通信的數(shù)據(jù)都是由兩個連續(xù)的字節(jié)組成，并且由HBIL引腳指示正在傳輸?shù)氖堑谝粋€還是第二個字節(jié)。主機使用HCNTL0/1指定所訪問的是HPI控制寄存器HPIC或HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID或HPI地址寄存器HPIA，也可以用地址自動增加的方式訪問數(shù)據(jù)寄存器HPID，具體方式如表2所示。

　　表2 HCNTL0/1功能選擇 HNTL0 HCNTL1 說 明 0 0 主機可以讀寫HPI的控制寄存器HPIC。

　　0 1 主機可以讀寫HPI的數(shù)據(jù)寄存器HPID。每次讀后HPIA加1，每次寫前HPIA加1。

　　1 0 主機可以讀寫HPI的地址寄存器HPIA。

　　1 1 主機可以讀寫HPI的數(shù)據(jù)寄存器HPID。對HPI口的操作，HPIA不受影響。

　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案

　　整個硬件系統(tǒng)由DSP、EPM7128S、TPS73HD301、SST39VF400A等組成。DSP的主要任務(wù)是將經(jīng)放大和解調(diào)后的無線電修正通道視頻信號接收下來，現(xiàn)通過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(nèi)核電壓為1.8V、I/O管腳電壓為3.3V，而PC/104總線工作于5V電壓。為了使電路能穩(wěn)定正常的工作，C5402的數(shù)據(jù)總線接有一個SN74LVC245A。它是TI公司生產(chǎn)的3.3V和5V電壓平相轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換的方向由兩個DIR管腳控制。它串在數(shù)據(jù)總線上，既可以為DSP提供驅(qū)動5V數(shù)字電路的能力，也可以為DSP提供5V信號讀入的保護。這樣，就不再需要為多個不同外設(shè)而考慮總線驅(qū)動不夠的問題。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的握手可通過中斷方式完成。另外，主機還可以通過HPI接口裝載DSP應(yīng)用程序，接收DSP運行結(jié)果或診斷DSP運行狀態(tài)，為DSP芯片的接口開發(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可通過片內(nèi)RAM與主機設(shè)備交換數(shù)據(jù)。主機與HPI-8的通信是通過專用的地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器完成的，C54x不能直接讀/寫，HPI控制寄存器允許主機和C54x進行讀/寫，包括配置通信協(xié)議和控制通信（握手）的比特。

　　EPM7128S用來提供整個系統(tǒng)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(jié)構(gòu)的CPLD。它提供多達(dá)5000個可用門和在系統(tǒng)編程，其引腳到引腳延時快達(dá)6ns?？梢匀菁{各種各樣的獨立的組合邏輯和時序邏輯。EPM7128S有兩個工作電壓核電壓為5V，I/O工作電壓可設(shè)為5V或3.3V。設(shè)為3.3V時，其輸入為5V，而輸出為3.3V TTL電平（所有的驅(qū)動器均能配置在3.3V和5V，允許用于混合電壓系統(tǒng)中）。EPM7128S的優(yōu)點是基于E2PROM原理，可以通過JTAG口進行在線編程，設(shè)計得可將設(shè)計內(nèi)容從PC機上通過下載電纜和JTAG口對EPM7128S進行任意次修改。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(dá)100個I/O引腳可供編程使用，可以接入PS、IS等管腳，方便系統(tǒng)擴展存儲空間和外設(shè)。

　　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。CC同步信號連到DSP的外部中斷上，當(dāng)脈沖到來時，DSP響應(yīng)外部中斷，脈沖到來一次響應(yīng)一次中斷。中斷服務(wù)子程序完成隨機數(shù)的迭代、對比、信號的接收、譯碼、解密及主控機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。主程序流程如圖3所示。

　　C54x和主機都能夠訪問C54x片內(nèi)RAM。主機存儲必須同步于C54x的時鐘，以確保片內(nèi)RAM讀/寫正確。當(dāng)C54x和主機同時讀/寫同一存儲區(qū)域時將產(chǎn)生沖突，這時主機具有優(yōu)先權(quán)，C54x CPU將等待一個C54x時鐘周期。

　　主機訪問HPI時，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?qū)懭霐?shù)據(jù)。HPI的3個寄存器如表3所示。 表3 HPI寄存器 名 稱地 址 說 明 HPIA -- HPI地址寄存器，只能由主機讀寫。該寄存器對應(yīng)主機訪問的C54x的片內(nèi)地址。

　　HPIC 002Ch HPI控制寄存器，主機和C54x都可以讀寫。用于對HPI操作的控制與狀態(tài)位。 HPID -- HPI數(shù)據(jù)寄存器，只能由主機讀寫。主機讀寫由HPIA指定的C54x片內(nèi)存儲器單元。在DSP的初始化程序中，

　　一般對HPIC進行了初始化后就無需再對HPI操作了，其余的工作就完全由主機完成。通過HPI接口，主機和C54x之間可以相互發(fā)送中斷請求。主機通過HPIC寄存器的DSPINT位中斷C54x，而C54x通過HPIC寄存器的HINT位發(fā)中斷請求到主機。無論是主機或C54x都可以通過讀取HPIC來判斷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地址自增特性，它為讀/寫連續(xù)的存儲區(qū)提供了便利。自增模式下連接傳送數(shù)據(jù)，每訪問存儲器一次，HPIA寄存器地址就自動增加。由于主機無需在每次訪問存儲器時修改HPIA值，從而提高了系統(tǒng)性能。當(dāng)HCNTL0=1且HCNTL1=0時選擇自增模式。需要注意的是，如果采用了擴展的片內(nèi)RAM，要保證正確的自增操作，HPIC寄存器中的XHPIA位必需設(shè)置為1。

　　當(dāng)使用地址自增模式時，讀操作后HPIA寄存器地址加1；寫操作前，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操作時，HPIA寄存器應(yīng)初始化為起始地址減1。地址自增會影響HPIA的16位，在使用擴展片內(nèi)RAM（C5410除外）時，地址自增也影響擴展地址。如果HPIA=FFFh，那么下次讀/寫時將HPI地址改變?yōu)?10000h。由于C5410的地址自增不會影響擴展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(yīng)用極大地方便了PC/104總線與DSP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，使在線修改DSP存儲器的數(shù)據(jù)成為可能。該方案靈活、簡單，適用于任何含有HPI接口的DSP應(yīng)用系統(tǒng)，從而為開發(fā)人員提供了一種全新的數(shù)據(jù)共享/傳輸方案。