基于TMS320C54X系列DSP的HPI口应用设计与实现

基于 TMS320C54 X 系列 DSP 的HPI 口应用设计与实现甄兴福 ,杨宇 ,黄俊华( 陆军航空兵学院 基础部 ,北京 101114)摘要 : 以 TM S320C542 为例 ,介绍了其系列 D SP ( di git al si gnal p roce ss2i ng) 芯片 H P I ( ho st po r t i nt e rf ace) 口的各个组成部分及其功能 ,并以 A T89C51 单片机作为主处理机 ,阐述了与 TM S320C542 之间实现数据共享的方法 ,成功地解决 了主处理机通过 H P I 接口对 D SP 内部数据进行在线修改和实时监控的问题。最后给出了如何用 H P I 口实现程序的加载引导 ,以提高程序运行速度的方法。关键词 :中图分类号 :TM S320C54 X ; D SP ; H P I 口 ; 数据共享 ; 加载引导T P 335文献标识码 : A文 章 编 号 : 167320127 (2005) 0220110203Ap plic atio n De si gn a nd Imple me nt B a se d o nTMS320 C54X D S Ps HPI Int e rf a c eZ H EN Xi ng2f u ,H U A N G J un2h uaYA N G Yu ,( Dep ar t ment of Ba sic Theo rie s , A r my A viatio n In stit ut e , Beiji ng 101114 , Chi na)Ab stra ct : The p ap er i nt ro duce s t he co nfi guratio n a nd f unctio n of t he H P I i nt e rf aceofTM S320C54 X D SP t hro ugh TM S320 C542 , a nd set s fo r t h a new met ho d to sha ri ng dat a wit h SCMna me d ho st p roce ssi ng by H P I , ma ke s it ea sy fo r mai n co nt rolli ng CPU to a me nd dat a o n li ne i n D SP a nd mo nito ri ng dat a real ti me . In t he e nd , t he p ap er give s o ut a met ho d to boo t loa d t he p ro gra m u si ng t he H P I i nt erf ace fo r e nha nci ng t he sp ee d of r unni ng t he p ro gra m.Ke y wo rds : TM S320C54 X ; D SP ; ho st po r t i nt e rf ace ; dat a sha re ; boo t loa dD SP 作为一种先进的可编程处理器 ,近几年来应用极其广泛。其中 , TM S320C54 X 是 T I 公 司推出的定点系列数字信号处理芯片 ,它具有运算速度高 、C PU 结构优化、功耗低和智能化外设等特点 ,特别适用于实时嵌入式系统的开发 。它 已成为数字产品设计中低成本 、低功耗 、高性能的 数字信号处理芯片的首选 ,在便携式仪器、消费类电子、医疗设备等领域得到广泛的应用。但笔者 在工作中发现 TM S320 C54 X 系列芯片存在 2 个 应用问题 : D SP 应用系统一旦开发完成投入使用后 ,再想对 D SP 内的数据进行监控 ,或者在线修改很不方便 , 不管是接串口 , 还是接 I/ O 口都 要占用 D S P 的硬件资源 ,同时软件的开销也非常大 。 在 D SP 扩 展 程 序/ 数 据 存 储 器 时 ,FL A S H 因其烧写方便而较为常用 , 但这类器件 数据存取速度慢 ,难以满足 D SP 系统高速运行的 要求。这也是限制 TM S320C54 X 广泛应用的一个因素。此外 , T I 的 TM S320C54 系列 D SP 芯 片内部提供了标准的 8 位 H P I 主机接口 ,用来与 主设备或者主处理器接口 ,在通过 H P I 口和主机收稿日期 : 2003212203作者简介 : 甄兴福( 1977 - ) ,男( 汉族) ,山东费县人 ,硕士 ,zxf _224 so hu . co m.第 2 期甄兴福 ,等 :基于 TM S320C54 X 系列 DSP 的 H P I 口应用设计与实现111通信的过程中 ,完全没有硬件和软件的开销 ,而由D S P 自身的硬件协调冲突 ,从而不会打断 D SP 正 常程序的运行 ,且利用 H P I 口 ,还能成功地进行 程序加载引导。下面就这 2 个问题分别阐述 ,并 给出相应的设计方案 。利用 P2 . 0 控制 H P I 的使能输入端 ; P2 . 1 控制读/ 写选通信号 H R/ W ; P2 . 2 控制读选通 、写 选通或数据选通信号 HD S1 ; P2 . 3 用来定义 H C2NDL 0 和 H CNDL 1 共 同 选 择 主 机 所 要 寻 址H P IA 寄存器、H P ID 寄存器或 H P IC 寄存器 ; P2 . 4 与 HB IL 连接 ,用来识别主机传送过来是第1 字节 ,还是第 2 字节。1 HPI 口与主处理器通信扩展设计1 . 1HPI 接口介绍T I 的 TM S320C54 X 系列 D SP 芯片结构与 原理见文献 1 。主要组成部分及功能见表 1 。1 . 3HPI 接口与 AT89C51 接口的软件实现 3 , 4H P I 接口与 A T89C51 单片机接口的软件实现过程如下 。1) 主机访问 H P I 时 , 首先要对单片机进行 初始化 ;I T0 = 0 ; EX0 = 1 ;Flag_ Hi nt = 0 ;2) 然后对 H P I 口进行初始化 ;HO E = 0 ;Get Dat a 1 = 0 x08 ; Get Dat a 0 = 0 x08 ; H P IC_ Writ e ( ) ;其中 H P IC_ Writ e ( ) 函数的程序清单 : H RW = 0 ; HDS1 = 1 ; H R W = 0 ;HB IL = 0 ; / / 第 1 个字节HCN TL 0 = 0 ;HCN TL 1 = 0 ; / / 主机可以读/ 写 H P IC 寄存器P0 = Get Dat a 1 ; HDS1 = 0 ;A CC = 0 ; / / 延时HDS1 = 1 ; H R W = 0 ;HB IL = 1 ; / / 第 2 个字节HCN TL 0 = 0 ; HCN TL 1 = 0 ;P0 = Get Dat a 0 HDS1 = 0 ;A CC = 0 ; / / 延时HDS1 = 1 ;3) 最后从 H P ID 寄存器中读出 ( voi d H P ID_ Rea d ( voi d ) ) 或 写 入 数 据 ( void H P ID _ Writ e ( void) ) 。其中 , voi d H P ID _ Rea d ( voi d ) 和 voi d H P ID_ Writ e ( voi d) 函数的编程方式与 voi d H P IC_ Writ e ( voi d) 类似 ,限于篇幅 ,在此不再赘述。 一般在 D SP 的初始化程序中 ,对 H P IC 进行初始化后 ,就无须再对 H P IC 操作 ,其余工作完全由主机完成。由于 TM S320C54 X 系列 D SP 是16 位而 H P I 是 8 位的并行口 ,所以与主机通信的 数据都是由 2 个连续字节组成。由 HB IL 引脚来表 1HPI 口组成部分及功能表组成部分功能用于 DSP 与主机间传送数据 ,也可用作通用的双寻址数据/ 程序 RA M存放当前寻址 H P I 存储单元的地 址 ,只能由主机对其直接访问 存储当前的读写数据 ,只能由主机对其直接访问在数据存储器中映射地址是 002 C H , DSP 和主机都能对其进行访问处理 H P I 与主机之间的接口信号存储器( DA RA M)地址寄存器( H P IA)数据锁存器( H P ID)控制寄存器( H P IC)逻辑控制单元H P I 的主控者是外部主机 , 它可通过 H P I直接访问 C PU 的存储空间 , 包括存储器映像寄 存器。D SP 在通过 H P I 口和主机通信的过程中 ,完全没有硬件和软件的开销 ,而由 D SP 自身的硬件协调冲突 , 从而不会打断 D SP 正常程序的运 行。在 H P I 通信方式下 ,D SP 的片内存储器对外 界完全透明 ,由主机通过访问 H P I 的地址和数据 寄存器 ,来完成对 D SP 片内存储器的读写。1 . 2 HPI 接口与 AT89C51 接口的硬件实现 2以 TM S320 C5402 芯片为例 , 介绍利用 H P I 口方式与 A T89C51 单片机通信的设计方案 。其 中 ,单片机 A T89 C51 为主控部分 , 接口间采用74 H C245 缓冲器 ,以提高稳定性 ,如图 1 所示 。图 1 TM S320C5402 与 51 系列单片机间数据通信图 1994-2013 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 装 备 指 挥 技 术 学 院 学 报2005 年112指示正在传输的是第 1 个字节 ,还是第 2 个字节 。默认状态下 ,第 1 个字节是高 8 位 ,第 2 个字节是 低 8 位 ,当然还可通过 H P IC 控制寄存器修改 。发生 ,若有系统进行 H P I 引导 ; 若没有系统就读自动缓冲寄存器 ( buff ered se rial re gi st er , B SR) ,依照 B SR 的内容来判断如何引导。D SP 要为 H P I 口引导 ,必须在产生有效的复位 24 个机器 周期内给 D SP 发出 IN T2 中断信号 ; 否则 , 系统 认为不进行 H P I 口的引导而直接进入下一流程 。HPI 在加载引导中的应用H P I 口允许开发者事先将程序代码放在外 部低速非易失性存储器件中 ,系统上电时将代码 从片外加载到程序区 ; 在执行时将代码加载到高 速存储器件中 ,以便快速取址、译址和执行 。开发 设计人员可用不同控制信号 ( 如中断、外部标志 等) 来选择不同加载引导方式。TM S320C54 X 提 供了多种引导方法 , 包括并行 I/ O 空间、数据空 间并行、串行口引导和 H P I 接口引导等 。2 . 1 程序加载引导在独立系统中用户使用程序引导时 , 需将D S P 设置为微计算机模式 M P M C = 0 。D SP 上 电复位后 ,使 D SP 内部寄存器和存储器都处于某 确定状态 ,将 PC 指针指向 0 页 F F80 H 地址 , 程 序开始读取指令并执行。同时程序控制权转移到 复位中断服务程序 ,即内部 RO M 中的引导程序段。 T I 公 司 已 在 D SP 芯 片 内 部 RO M 的0 F800 H0 FC00 H 中固化了一段加载引导程序 , 其作用是判断以何种方式进行引导。其过程是根 据引导程序首先读入外部数据区的 F F F E H 和 F F F F H 两个地址的内容 , 并把它们组装成一个16 位字 , 作为代码存放的源地址 。根据这个地 址 ,从外部数据区读入连续的 2 个 8 位字节 ,并组 装成一个 16 位字 。如果这个 16 位字是 08A A H , 则引导程序就是外部 8 位并行 H P I 引导方式 ;否 则 ,是其他的引导方式 。然后将代码从外部加载 到程序区 。最后再将程序入口地址赋值给程序指针。在此程序的开始 , 还应对 C PU 状态寄存器 进行初始化设置 ,包括屏蔽中断 ( IN TM = 1) 、内 部 DA RA M 映射到程序/ 数据区 ( OVL Y = 1) 、程 序/ 数据区读/ 写并加 7 个等待周期等设置 。在主 机接口引导方式下 ,首先 ,将代码通过主机接口下载到 D SP 片内存储器中 ; 然后 ,D SP 再从数据区007 F H 提供的地址开始执行程序。2 . 2 程序加载引导方式检测过程D SP 复位完成后 ,程序控制权转移到复位中 断服务程序 ,D SP 进入引导流程如图 2 所示。其中 B SR 的内容用二进制表示 , 表示该位 的值可为任意值 ,即可为“1”也可为“0”。引导程 序首先进行系统初始化 ,配置相关寄存器 ,然后开 始引导方式的查询。先查询是否有 IN T2 号中断2图 2 加载引导检测流程图结 束 语H P I 接口的出现方便了主机与 D SP 系统的 数据交换 ,使在线修改 D SP 存储器的数据成为可 能 ,同时使无需硬件、软件开销对 D SP 系统进行 监控成为可能 。另外 ,系统在上电时 ,它能将开发 者事先存放在外部低速的非易失性存储器件中的 程序代码加载到程序区 ,在执行时 ,再将代码加载 到高速的存储器件中以便快速取址 、译址和执行 , 极大地提高了 D SP 程序的运行速度 。文中给出 2 方面的解决方案灵活简单 ,适用于任何含有 H P I 接口的 D S P 应用系统 ,为开发人员提供了一种全 新的数据共享和传输 ,以及程序加载引导方案。3参考文献( Ref erences) 1 戴明桢 , 周建江. 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