HPI主機接口在多處理器系統(tǒng)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行通信的主機接口。它可以實現(xiàn)與主機之間并行、高速的數(shù)據(jù)交換,構(gòu)成多機系統(tǒng)。介紹了HPI在某多處理器系統(tǒng)中的應用,分析了構(gòu)成多機系統(tǒng)的硬件要求以及HPI的優(yōu)越性,詳細介紹了HPI的特點及實現(xiàn)方法。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/242266.htm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行通信的主機接口。它與主機之間能實現(xiàn)并行、高速的數(shù)據(jù)傳輸。在目前TI流行的DSP芯片中都配有HPI接口。
在傳統(tǒng)的單片機與主機進行接口時,需要外擴必要的硬件電路。當單片機需要與主機共享RAM時,需在片外擴展RAM及觸發(fā)、鎖存等芯片,然后主機通過DMA方式訪問該擴展RAM,這樣一來主機可以隨機或整塊地訪問、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(nèi)部,使其與主機的連接變得非常簡單。而且由于HPI是集成到片內(nèi)的,主機可以達到很高的訪問速度,滿足了數(shù)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(gòu)成某型雷達多處理機系統(tǒng)中的應用,分析了HPI的優(yōu)越性以及構(gòu)成多機系統(tǒng)的硬件要求,詳細地介紹了HPI的特點及實現(xiàn)方法。
1 HPI主機接口構(gòu)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實際上是一個8位的并行端口,主機通過它可以直接訪問DSP片內(nèi)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則可以訪問所有的片內(nèi)RAM)。當主機和DSP同時訪問同一地址時,主機優(yōu)先。由于TI的DSP芯片都是16位的,而HPI8只有8根數(shù)據(jù)線,所以數(shù)據(jù)的傳輸必須以字節(jié)為單位。在DSP與主機傳送數(shù)據(jù)時,HPI能自動地將外部接口傳來連續(xù)的8位數(shù)組合成16位數(shù)后傳送給主機。
HPI主機由以下五個部分組成:
·HPI存儲器(DARAM)。HPI RAM主要用于DSP與主機之間傳送數(shù)據(jù),也可以用作通用的雙導址數(shù)據(jù)RAM或程序RAM。
·HPI地址寄存器(HPIA)。它只能由主機對直接訪問。該寄存器中存放著當前尋址的HPI存儲單元的地址。
·HPI數(shù)據(jù)鎖存器(HPID)。它也只能由主機對其直接訪問。如果當前進行讀操作,則HPID中存放的是要從HPI存儲器中讀出的數(shù)據(jù);如果當前進行寫操作,則HPID中存放的是將要寫到HPI存儲器的數(shù)據(jù)。
·HPI控制寄存器(HPIC)。DSP和主機都能對它直接訪問。
·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的工作模式進行控制,HPIC必須在進行HPI訪問前由主機初始化。當主機要隨機訪問HPI RAM時,必須先發(fā)送一個地址到HPIA(HPI地址寄存器),然后訪問該地址所指向的RAM單元。當主機需要連續(xù)訪問一段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問。這時候主機每訪問完一個存儲單元后HPIA自動指向下一個單元。主機可以通過置位HPIC中的DSPINT位來中斷DSP芯片,DSP芯片也可以通過置位HPIC中的HINT位來中斷主機,此時HPI的引腳HINT被置位低電平,從而向主機發(fā)出中斷請求。主機可以通過置位HINT來屏蔽此中斷。HPI的數(shù)據(jù)、控制引腳都是專用的,它保證了HPI和DSP操作的并行性。HPI的引腳在無主機訪問時呈高阻態(tài),因此可以直接掛在主機數(shù)據(jù)總線上,使得硬件電路特別簡單。
HPI引腳由以下幾部分組成:
(1)HD0~HD7:雙向并行三態(tài)數(shù)據(jù)總線。當不傳送數(shù)據(jù)(HDSx或HCS=1)或EMU1/OFF=0時,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(shù)據(jù)線和地址線復用的情況。當不用時此信號應接高。
(4)HBIL:字節(jié)識別信號,用于識別主機傳送過來的是第一個字節(jié)還是第二個字節(jié)。當HBIL=0時為第一個字節(jié),HBIL=1時為第二個字節(jié)。
(5)HCNTL0、HCNTL1:主機控制信號,用來選擇主機所要尋址的寄存器。當HCNTL1/HENTL0為00時,表明主機訪問HPIC;當為01時,表明主機訪問用HPIA指向的HPID,每讀一次,HPIA事后增加1,每寫一次,HPIA事先增加1;當為10時,表明主機訪問HPIA;當為11時,表明主機訪問HPID,而HPIA不受影響。
(6)HDS1、HDS2:數(shù)據(jù)選通信號,在主機尋址HPI周期內(nèi)控制數(shù)據(jù)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(zhí)行一次數(shù)據(jù)傳送;低電平表示HPI正忙于完成當前事務,用于連續(xù)高速主機。
(9)HR/W:HPI讀寫信號。高電平表示主機要讀HPI,低電平表示寫HPI。
(10)HPIENA:HPI允許信號,若系統(tǒng)選中HPI則將它連到高電平,否則懸空或接低電平。
主機訪問HPI的一個字包括兩個步驟:首先訪問第一個字節(jié),此時HBIL為0;然后訪問第二個字節(jié),此時HBIL為1;這兩步組成一個訪問單元。這個訪問單元不可被拆開或顛倒,不管當前訪問的是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(nèi)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(quán)。
·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(nèi)部和外部時鐘都停止的IDLE2空轉(zhuǎn)狀態(tài)(最小功耗狀態(tài));
HPI支持DSP與主機之間數(shù)據(jù)的高速傳輸。在SAM工作方式,若HPI每5個時鐘周期傳送一個字節(jié),主機的運行頻率可達(fdsp×n)/5。其中fdsp是DSP的時鐘頻率,n是主機進行一次外部尋址所需的周期數(shù),通常n為3(或4)。假定DSP的運行頻率為100MHz,主機的時鐘頻率可達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的時鐘頻率無關(guān)。
2 應用系統(tǒng)及結(jié)果
滑窗算法是數(shù)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(shù)估計、信號識別中有著廣泛的應用。但滑窗算法一般是遍歷性的算法,其運算量大,在實時處理中受到限制。隨著DSP技術(shù)的發(fā)展,高速DSP芯片的出現(xiàn),使滑窗算法的實際應用得以擴大。本文利用兩片TI公司的高速DSP芯片TMS320C5402,應用其HPI接口并行實現(xiàn)多種滑窗算法,滿足了某雷達系統(tǒng)解模糊的實時需要。系統(tǒng)由兩片TMS320C5402完成所有的數(shù)字信號處理算法。主要是多重滑窗算法。根據(jù)實際系統(tǒng)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(shù)據(jù)交換,構(gòu)成多機并行處理系統(tǒng),完成多重滑窗算法的多機并行處理。整個系統(tǒng)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操作控制線占用的I/O端口,詳細的分配情況見表1。
表1 HPI操作占用的I/O端口分配圖
訪問方式 訪問對象 | 讀 寫 訪 問 | |
第一字節(jié)對應端口地址 | 第二字節(jié)對應端口地址 | |
HPIC | 0h | 020h |
HPIA | 080h | 0A0h |
HPID(地址自增) | 040h | 060h |
HPID(無地址自增) | 0C0h | 0E0h |
當對HPIC進行訪問時(將一個十六位的數(shù)據(jù)送到HPIC中),首先將低八位數(shù)據(jù)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的訪問方式與之相同。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
·代碼說明:AR0中存放的是要發(fā)送數(shù)據(jù)的地址,這一段程序?qū)⒁粋€16位的數(shù)據(jù)送到HPIC中。
參照上述步驟可以方便地通過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FPGA的邏輯信號,如圖3所示。
大量仿真與實測數(shù)據(jù)表明,各項指標均滿足設計要求。該系統(tǒng)已在某雷達系統(tǒng)中獲得應用。
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