摘 要：介紹了TI公司信號處理芯片TMS320VC5402 HPI（主機接口）的結(jié)構(gòu)及主要特點，提出了HPI接口與PC/104總線進行通信連接的設計方案。該方案充分利用DSP的HPI接口功能，實現(xiàn)了主機實時讀/寫DSP任意片內(nèi)存儲單元的內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：DSP; HPI; PC/104 　　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，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，由主機通過訪問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。 　　本文立足于實踐經(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接口為例進行詳細介紹。 　　C5402的HPI口由一個8位數(shù)據(jù)總線和用于設置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。 　　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HPLA，也可以用地址啟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。 2 系統(tǒng)的硬件設計方案 　　整個硬件系統(tǒng)由DSP、EPM7128S、TPS73HD301、SST39VF400A等組成。DSP的主要任務是將經(jīng)放大和解調(diào)后的無線電修正通道視頻信號接收下來，再通過譯碼等處理后送給主控機。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、1/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電平互相轉(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5000個可用門和在系統(tǒng)編程，其引腳到引腳延時快達6ns。可以容納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工作電壓可設為5V或3.3V。設為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E2PBOM原理，可以通過JTAG口進行在線編程，設計者可將設計內(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。 3 軟件編程 　　程序分為兩大部分：主程序及中斷服務子程序。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，當脈沖到來時，DSP響應外部中斷，脈沖到來一次響應一次中斷。中斷服務子程序完成隨機數(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)取Ｖ鞒绦蛄鞒倘鐖D3所示。 　　C54x和主機都能夠訪問C54x片內(nèi)RAM。主機存取時必須同步于C54x的時鐘，以確保片內(nèi)RAM讀/寫正確。當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，即先初始化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。 　　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。自增模式下連續(xù)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HCNTLO=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位必需設置為1。 　　當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=FFFFh，那么下次讀/寫時將HPI地址改變?yōu)閛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。 參考文獻 　　[1]TMS320C54x DSP Reference Set，Volume 1：CPU and Peripherals.Texas Instrument Inc., 1999 　　[2]TMS320C5402 Fixed—Point Digital Signal Proces Sor.Texas Instrument Inc., 2000 　　[3]TMS320C54x DSP Reference Set， Volume 5： Enhanced Peripherals.Texas Instrument Inc.,l999 　　[4]MAX 7000 Programmable Logic Device Family Data Sheet. Altera，November 2001, ver.6.3 　　[5]張雄偉，曹鐵勇.DSP芯片的原理與開發(fā)應用（第2版）.北京：電子工業(yè)出版社，2001 　　[6]戴明幀，周建江.TMS320C54x DSP結(jié)構(gòu)、原理及應用.北京：北京航空航天大學出版社，2001