基于USB2.0的TMS320VC5402 HPI自舉

　　引言

　　當(dāng)前，DSP（Digital Signal Processor）芯片已經(jīng)廣泛應(yīng)用于通信、信號(hào)處理、雷達(dá)、圖像處理等多個(gè)領(lǐng)域，其強(qiáng)大、高效的運(yùn)算能力，是其他微處理器無法比擬的。為充分發(fā)揮DSP運(yùn)算高效的優(yōu)勢(shì)，用戶程序通常在DSP內(nèi)部RAM中運(yùn)行，這就需要利用DSP的自舉引導(dǎo)（Boot loader）功能。在DSP多機(jī)系統(tǒng)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(jī)作為主控制器，通過PC機(jī)串口或者外掛的存儲(chǔ)器得到要下載的DSP用戶程序數(shù)據(jù)，這種方案無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與PC機(jī)之間數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)高速傳輸；另一種是用PC機(jī)并口里控制DSP HPI接口，從而把程序?qū)懭隓SP 的內(nèi)部RAM，該方案無法滿足嵌入式系統(tǒng)的即插即用要求。

　　USB接口具有即插即用，速度快（最高可達(dá)480Mbps）等特點(diǎn)，可成為PC機(jī)的外圍設(shè)備擴(kuò)展中應(yīng)用日益廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)，基于USB總線對(duì)DSP實(shí)現(xiàn)HPI自舉，可以降低成本，也便于DSP與PC機(jī)的高速數(shù)據(jù)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(xiàn)TMS320VC5402自舉的實(shí)現(xiàn)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(qiáng)的8051微處理器，通用可編程接口（GPIF）、片上RAM和FIFO存儲(chǔ)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(shè)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(jī)[2]，可由軟件編寫讀寫控制時(shí)序，也可以作為USB FIFO的主控制器與DSP進(jìn)行無縫連接，GPIF可工作在自動(dòng)模式，USB總線和GPIF接口域直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無需8051內(nèi)核直接參入，以此解決USB2.0高速傳輸?shù)摹捌款i”問題，GPIF與8051內(nèi)核關(guān)系如圖1所示。

　　DSP芯片及其HPI簡(jiǎn)介

　　TMS320VC5402是TI公司的一款性價(jià)比極高的低功耗定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），該芯片的主機(jī)接口（HPI，Host Port Interface）被稱為HPI－8。這種HPI－8接口的最大特點(diǎn)是它允許主機(jī)訪問DSP的整個(gè)片內(nèi)空間。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)存塊來實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的數(shù)據(jù)通信。主處理器對(duì)HPI的訪問由內(nèi)外兩部分組成，其中外部主要為主處理與HPI寄存器交換數(shù)據(jù)，而內(nèi)部則用于為HPI寄存器與DSP存儲(chǔ)單元交換數(shù)據(jù)（由DMA自動(dòng)完成）。在進(jìn)行數(shù)據(jù)地實(shí)時(shí)通信時(shí)，DSP與主機(jī)可以通過中斷信號(hào)進(jìn)行握手。其具體實(shí)現(xiàn)可通過設(shè)置HPIC寄存器的HINT、DSPINT位來對(duì)對(duì)方進(jìn)行中斷[3]。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)原理

　　自舉從本質(zhì)上說就是DSP上電后，在Bootloader引導(dǎo)下，獲取應(yīng)用程序并開始運(yùn)行的過程，TMS320VC5402上電以后，當(dāng)MP/MC為低電平時(shí)，系統(tǒng)將從片內(nèi)ROM的OFF80H開始執(zhí)行，此處的跳轉(zhuǎn)指令使程序跳轉(zhuǎn)至BootLoader程序入口處（OF800H處）。Bootloader程序先清除IFR，并設(shè)置HPI入口點(diǎn)（0x7F）的值為0，置HINT為低，再檢測(cè)INT2是否置位(置位可以通過將HINT和INT2相連來實(shí)現(xiàn)），如置位則進(jìn)行HIP自舉[4]，具過程如圖2所示。

　　DSP復(fù)位之后，如檢測(cè)到HPI自舉方式有效，就可以進(jìn)行HPI自舉引導(dǎo)，基于USB總線的HPI自舉，就是在Bootloader引導(dǎo)下，通過USB接口控制芯片把程序數(shù)據(jù)由主機(jī)（PC）寫入DSP內(nèi)部RAM（DARAM）并使DSP開始運(yùn)行的過程，該自舉過程分為三個(gè)步驟：一是寫HPIC，以設(shè)置HPI控制參數(shù)；二是寫HPIA，設(shè)置訪問DSP的首地址；三是通過HPID下載程序。

　　首先，推動(dòng)EZ－USB Control Panel下載CY7C68013的固件程序。當(dāng)重枚舉結(jié)束，驅(qū)動(dòng)程序（ezusb.sis）重新安裝成功后,在Control Panel中通過發(fā)送請(qǐng)求的方式由端點(diǎn)0向HPIC（主要設(shè)置BOB位，確定字節(jié)配合）發(fā)送兩個(gè)相同的8位控制字，而當(dāng)HPIC初始化完成之后，再通過端點(diǎn)0設(shè)置欲下載程序段到DSP中的首地址HPIA。HPIC、HPIA設(shè)置好之后，就可以通過端點(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通過端點(diǎn)2把數(shù)據(jù)寫入HPID，然后，DSP按照HPIA指定的地址，由DMA自動(dòng)將HPID中的數(shù)據(jù)寫到RAM，接口控制時(shí)序可由GPIF軟件編程控制，程序數(shù)據(jù)分段下載完畢之后，再將程序的入口地址通過端點(diǎn)0寫入0x7F處，在主機(jī)下載程序的過程中，DSP將一直檢測(cè)0x7F是否為0，如不為0，即判定DSP已由主機(jī)進(jìn)行了HPI自舉加載，并按照該值跳轉(zhuǎn)PC指針，以開始運(yùn)行，進(jìn)而完成HPI自舉。

　　硬件電路

　　本設(shè)計(jì)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PA3、PA2相連，以選擇需要訪問的HPI的HPIA、HPIC，HPID寄存器，CTL0接至HR/W，可作為讀寫控制信號(hào)，HDS1與輸出信號(hào)線CTL1相連，以作為HPI訪問的選通信號(hào)，HBIL與輸出信號(hào)線CTL2相連，已用于識(shí)別傳輸?shù)氖堑谝粋€(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)，HRDY接輸入信號(hào)線RDY0。用于通過主機(jī)查詢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(hào)有效，HPIENA接高電平時(shí)，HPI使能，HAS、HDS2接高電平時(shí)，信號(hào)線禁用。數(shù)據(jù)線PD[7：0]與HD[7：0]相連,可在控制時(shí)序作用下傳輸一切數(shù)據(jù)信號(hào)。HPI接口控制時(shí)序由CTL0、CTL1、CTL2引腳輸出，在自舉過程中，系統(tǒng)將關(guān)閉CY7C68013所有的中斷，若要通過中斷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的握手，可以在自舉完畢打開CY7C68013的中斷。

　　CY7C68013的具體配置為：?jiǎn)⒂肎PIF接口控制數(shù)據(jù)傳輸，GPIF接口采用內(nèi)部時(shí)鐘（48MHz）；端點(diǎn)2設(shè)置為批量傳輸輸出端點(diǎn)，最大傳輸值是512字節(jié)，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)來向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，需要說明的是端點(diǎn)6不是自舉所必需的。

　　軟件設(shè)計(jì)

　　DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

　　實(shí)現(xiàn)TMS320VC5402 HPI自舉的前提是生成DSP應(yīng)用程序的分段Hex代碼文件，在CCS中可用匯編語言，C語言等編寫應(yīng)用程序源代碼，經(jīng)匯編、鏈接、編譯后，生成可執(zhí)行的公共目標(biāo)文件格式（COFF）的文件，COFF文件不能用于HPI自舉引導(dǎo)，而需要利用TI公司的文件格式轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex00.exe，將COFF文件轉(zhuǎn)換為Hex格式文件[5]。格式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是正確編寫Hex命令文件，下面討論如何編寫這種命令文件，例如將包含text段的源程序鏈接、編譯生成test.out文件，編寫命令文件時(shí)，可利用hex500.exe將test.out轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)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(zhuǎn)換命令文件test.cmd，就可得到test1.hex文件，通過CY7C68013把test1.hex文件寫入DSP內(nèi)部RAM，再把程序的入口地址寫入0x7F處，便可完成自舉。

　　USB固件程序設(shè)計(jì)

　　Cypress公司提供有USB的輔助開發(fā)工具：EZ－USB Control Panel，GPIF Designer。通過GPIF Designer可以生成GPIF波形圖及相應(yīng)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)行開發(fā)，從而提高開發(fā)效率。本方案中，固件程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對(duì)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(shù)據(jù)傳輸，HPI自舉需要的GPIF控制波形描述符為：?jiǎn)巫止?jié)寫（兩種），F(xiàn)IFO寫。HPIA、HPIC的初始化需要單字節(jié)寫控制時(shí)序，程序代碼寫入HPID需要FIFO寫控制時(shí)序，若要實(shí)現(xiàn)二者的數(shù)據(jù)通信，還需要單字節(jié)讀、FIFO讀等控制波形描述符。

　　HPIC、HPIA的初始值是在EZUSB Control Panel中通過制造商請(qǐng)求工具欄由EP0發(fā)送的，固件程序中還要有相應(yīng)的請(qǐng)求處理程序，以完成具體的設(shè)置，如假定HPIC請(qǐng)求類型的ID為0xB6.HPIC＝0x0101（BOB位為1），則請(qǐng)求工具欄的具體參數(shù)應(yīng)為：Req＝0xB6，Value＝0x0000，Index＝0xBEEF，Length＝2，Dir＝0，Hex Bytes＝0101，固件中應(yīng)加入的請(qǐng)求處理程序?yàn)椋?

case 0xB6：

{EPOBCL＝0； 　　　　　　　　　//EP0使能

while（EP01STAT＆bmEP0BSY）； //等待EPO數(shù)據(jù)接收完畢

while（！HPI_RDY）；　　　　　 //等待HPI處理完畢

IOA＝0x00；　　　　　　　　　　 //選擇HPIC寄存器

GPIFWFSELECT＝0x1E； 　　　　　//選擇寫低字節(jié)的單字節(jié)寫控制波形

while（！（GPIFTRIG＆0x80））

{；}

XGPIFSGLDATLX＝EP0BUF[0]；　　 //寫低字節(jié)數(shù)據(jù)

GPIFWFSELECT＝0x4E； 　　　　　//選擇寫高字節(jié)的單字節(jié)寫控制波形

while（！（GPIFTRIG＆0x80））

{；}

XGPIFSGLDATALX＝EP0BUF[1]；　　//寫高字節(jié)數(shù)據(jù)

break；}

　　設(shè)置程序下載的首地址（HPIA值）的請(qǐng)求處理程序與設(shè)置HPIC的程序基本相同，只需按照請(qǐng)求類型的ID，來改變?cè)L問寄存器的地址即可，訪問HPIA時(shí)，HCNTL[1：0]＝10b，即IOA＝0x08。

　　訪問HPID下載程序數(shù)據(jù)時(shí)，可采用大端點(diǎn)EP2自動(dòng)打包方式（AUTOIN＝1），即將數(shù)據(jù)發(fā)送到端點(diǎn)后，自動(dòng)傳到FIFO中,等待寫HPID條件具備，再啟動(dòng)GPIF，以將程序數(shù)據(jù)寫入HPID，訪問HPDI可采用地址自動(dòng)增加模式（HCNTL[1：0]＝01b），寫數(shù)據(jù)前，地址自動(dòng)加1，這樣，數(shù)據(jù)便可以經(jīng)過DSP內(nèi)部DMA自動(dòng)寫入內(nèi)部RAM，寫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)向量是否可以訪問EP2FIFO中數(shù)據(jù)

{IOA＝0x04； //選擇HPID寄存器，且訪問時(shí)地址自動(dòng)增加

while（！HPI_RDY）； 　//等待HPI處理完畢

SYNCDELAY；

GPIFTCB1＝EP2FIFOBCH； //寫入的字節(jié)數(shù)

SYNCDELAY；

GPIFTCB0＝EP2FIFOBCL；

SYNCDELAY；

GPIFTRIG＝GPIF_EP2；　 //啟動(dòng)寫數(shù)據(jù)

SYNCDELAY；

While（?。℅PIFTRIG＆0x80） //等待寫入完畢

{；}

SYNCDELAY；}}

　　這樣程序數(shù)據(jù)就可以分段通過端點(diǎn)2寫入DSP內(nèi)部RAM，最后再把入口地址寫入0x7F，以完成HPI自舉，值得注意的是，采用此種方式訪問HPID時(shí)，寫入HPIA的初值為程序入口的一個(gè)地址，例如，寫test1.hex時(shí)，應(yīng)設(shè)定HPIA＝0x1fff。

　　為縮短開發(fā)周期，本設(shè)計(jì)采用開發(fā)包中通用驅(qū)動(dòng)（ezusb.sys）和EZUSB Control Panel進(jìn)行開發(fā)、調(diào)試、也可以對(duì)通用驅(qū)動(dòng)、控制面板的源程序在VC＋＋環(huán)境（需要DDK的支持）下進(jìn)行二次開發(fā)，以便編譯出開發(fā)者滿意的驅(qū)動(dòng)程序和上位機(jī)程序。

　　結(jié)束語

　　通過實(shí)踐證明，基于USB2.0總線DSP HPI自舉的方案是可行的，可以達(dá)到預(yù)期效果，該方案可以省掉外擴(kuò)的EPROM、FLASH及RAM等程序存儲(chǔ)器，故可節(jié)約成本，也便于DSP軟件算法升級(jí)，而且符合嵌入式系統(tǒng)要求，有很好的應(yīng)用前景，當(dāng)然，該方案還有待進(jìn)一步優(yōu)化與增強(qiáng)，若要訪問外部存儲(chǔ)器，還需要編寫二次引導(dǎo)程序，以便通過該程序把內(nèi)部存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)編譯到外部存儲(chǔ)器，若需DSP與主機(jī)實(shí)時(shí)通信，則需要USB固件和DSP源程序中編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。