基于DSP/ARM的雙核系統(tǒng)的通信接口設(shè)計

DSP部分通過提供完整的HPI驅(qū)動程序(DSP部分)及通信協(xié)議,通過增加相應(yīng)數(shù)據(jù)處理程控制算法程序,利用HPI并行接口與主機(jī)ARM通信進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,可用于各種實時處理,控制領(lǐng)域。

此外,DSP和ARM可以各自作為獨立的系統(tǒng)使用,它們均有完整的子系統(tǒng)軟件。子系統(tǒng)之間聯(lián)系的核心是DSP器件本身帶有的HPI接口。

2 ARM和DSP的通信接口設(shè)計

（1） DSP的HPI口介紹

HPI是TMS320C54X等芯片提供的一種并行端口,專門用于DSP和外部主機(jī)并行通信。HPI接口有標(biāo)準(zhǔn)HPI接口和增強(qiáng)型HPI接口。對于C5416和C5420DSP器件,它們的主機(jī)接口為增強(qiáng)型主機(jī)接口。標(biāo)準(zhǔn)HPI接口是一個8位總線接口,通過2個8位字節(jié)組合在一起形成1個16 字。增強(qiáng)型HPI接口分8位和16位兩種。8位增強(qiáng)型主機(jī)接口和標(biāo)準(zhǔn)HPI接口操作時序一樣,主要區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)型只能訪問2 KB專用RAM,而增強(qiáng)型可以訪問DSP的整個RAM區(qū)。16位增強(qiáng)型HPI接口采用16位總線,只要一個主機(jī)操作就能完成訪問操作。

（2） HPI硬件連線

HMS30C7202與TMS320C5416接口電路如圖3所示。系統(tǒng)將HPI接口所有控制寄存器、地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器統(tǒng)一編址,映射到HMS30C7202物理地址0X0C000000開始的I/O內(nèi)存空間。

利用地址線RA[3:0]產(chǎn)生HPI訪問所需的控制信號。A0與A1決定訪問寄存器類型。A2決定訪問的是第一個字節(jié)還是第二個字節(jié)：A2＝0 時,表示寫入的數(shù)據(jù)為第一個字節(jié);A2＝1時,表示寫入的數(shù)據(jù)為第二個字節(jié)。在HPI－8中所有地址線和控制線是在HDS1和HDS2的下降沿采樣,而不是由HR/W決定,因此HR/W通過地址線A3表示當(dāng)前操作是讀還是寫,而數(shù)據(jù)鎖存信號由nRCS3和nRW0相與后共同產(chǎn)生。KSCAN[2]設(shè)置為 HMS30C7202的PORTA中斷輸入腳,DSP通過中斷方式與Linux底層HPI驅(qū)動程序通信。

3 ARM和DSP的通信接口驅(qū)動程序設(shè)計

Linux是Unix操作系統(tǒng)的一種變種。在Linux下編寫驅(qū)動程序的原理和思想完全類似于其他的Unix系統(tǒng),但它和DOS或Window 環(huán)境下的驅(qū)動程序有很大的區(qū)別。Linux驅(qū)動程序可以編譯進(jìn)內(nèi)核,也可以模塊形式動態(tài)地加入和卸載。Linux的這種特點可根據(jù)目標(biāo)系統(tǒng)裁減內(nèi)核,更適合于嵌入式系統(tǒng)。

（1） Linux驅(qū)動程序基本原理

在Linux中所有設(shè)備分為字符設(shè)備、塊設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備三種,所有設(shè)備都看成普通文件,因此可以通過用操縱普通文件相同的系統(tǒng)調(diào)用來打開、關(guān)閉、讀取和寫入設(shè)備。系統(tǒng)中每個設(shè)備都用一種設(shè)備特殊文件來表示。

在Linux中,設(shè)備驅(qū)動程序是一組相關(guān)函數(shù)的集合。它包含設(shè)備服務(wù)子程序和中斷處理程序,每個設(shè)備服務(wù)子程序只處理一種設(shè)備或者緊密相關(guān)的設(shè)備。其目的就是從與設(shè)備無關(guān)的軟件中接受抽象的命令并執(zhí)行。當(dāng)執(zhí)行一條請求時,具體操作是根據(jù)控制器驅(qū)動程序提供的接口,并利用中斷機(jī)制去調(diào)用中斷服務(wù)子程序配合設(shè)備來完成這個請求。設(shè)備程序利用結(jié)構(gòu)file_operations與文件系統(tǒng)聯(lián)系起來。在Linux下驅(qū)動程序裝載如圖4所示。

（2） HPI驅(qū)動程序

HPI接口可用I/O端口方式,也可以用I/O存取方式。系統(tǒng)平臺采用I/O存取方式,將HPI訪問控制寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、地址寄存器,映射到內(nèi)存物理地址為0X0C000000開始的空間,通過訪問存儲器指令對HPI進(jìn)行操作。HPI具體物理地址定義如下：

#defineHPI_BASE0X0C000000//HPI基地址
#define HPD_READ_LOWHPI_BASE+0X0012
//讀數(shù)據(jù)寄存器第一字節(jié) ?
#define HPA_WRITE_HIGHHPI_BASE+0X000C
//寫地址寄存器第二字節(jié)

在Linux下,類似Windows,程序不能直接訪問物理地址。設(shè)備驅(qū)動程序是內(nèi)核的一部分,它像內(nèi)核中其他代碼一樣運行在內(nèi)核模式,驅(qū)動程序如果出錯就會使系統(tǒng)受到嚴(yán)重破壞,因此需要將物理地址映射到內(nèi)核空間。在Linux下通過virtul_address=(u32)ioremap (HPI_BASE,HPI_LENGTH)實現(xiàn)。驅(qū)動程序主要結(jié)構(gòu)如下：

struct file_operations hpi_fops={
owner:THIS_MODULE,
read: hpi_read,
write: hpi_write,
poll : hpi_poll,
open: hpi_open,
release: hpi_release,
};

HPI通信協(xié)議采用幀結(jié)構(gòu),由于增強(qiáng)型HPI接口允許訪問DSP內(nèi)部RAM所有空間,系統(tǒng)通信在DSP內(nèi)部分配2 K字(16位)作為幀緩沖區(qū),讀寫各1 K字,協(xié)議采用一位滑動窗口協(xié)議。幀格式如表1所列。

結(jié)語

本文介紹了使用ARM和DSP雙CPU構(gòu)成的雙核嵌入式系統(tǒng)的硬件平臺,以及源代碼開放的Linux作為嵌入式系統(tǒng)中操作系統(tǒng)的方法,給出了系統(tǒng)設(shè)計的總體框圖,詳細(xì)介紹了ARM和DSP通信接口的設(shè)計。這一設(shè)計方法可以適用于大多數(shù)現(xiàn)代嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計,有一定的實用價值。