‘54x系列DSP與計(jì)算機(jī)并口通信的設(shè)計(jì)方案

http://www.ex-cimer.com/article/201612/332848.htm

數(shù)字信號(hào)微處理器（DSP）是近十幾年來(lái)興起的一項(xiàng)新技術(shù)。DSP以其速率快、功能強(qiáng)的特點(diǎn)，逐漸進(jìn)入傳統(tǒng)單片機(jī)所占據(jù)的工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域。TMS320C54x（簡(jiǎn)稱(chēng)為'54x）是德州儀器公司（TI Inc.）繼TMS320C1x、TMS320C2x、TMS320C5x之后推出的新一代高性能DSP芯片。該系列芯片具有低功耗、高性能、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于圖像處理、語(yǔ)音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事等領(lǐng)域。

在眾多以PC機(jī)為終端的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，由于通信協(xié)議的嚴(yán)格性導(dǎo)致外圍的微處理器除需完成數(shù)據(jù)采集、控制等工作外，還需要擔(dān)負(fù)起與PC主機(jī)通信、傳遞數(shù)據(jù)等任務(wù)。這種負(fù)擔(dān)在高速的數(shù)據(jù)采集中顯得就更為突出。解決的方法多數(shù)是增加專(zhuān)用于主機(jī)通信的器件。'54x由于集成了眾多強(qiáng)大的功能，不僅可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集和控制，幾乎還可以完成不增加負(fù)擔(dān)地與主機(jī)進(jìn)行通信。

1 '54x的主要特點(diǎn)

以高速、低功耗為特征的'54x系列采用了先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的數(shù)據(jù)總線和程序總線，片內(nèi)集成了ROM、RAM和多個(gè)外設(shè)，如通用I/O口、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲(chǔ)器存取控制器（DMA）和與外部處理器通信用的主機(jī)接口（HPI，Host Port Interface）。

2 '54x的主機(jī)接口（HPI）

'54x中的主機(jī)接口（HPI）主要有三種：標(biāo)準(zhǔn)8位HPI-8接口、增強(qiáng)型8位HPI-8接口和16位HPI-16接口。其中'542～'549內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)型HPI-8，'5402、'5410內(nèi)含增強(qiáng)型HPI-8，'5410以上為HPI-16；而'5409、'5416的HPI可以由用戶(hù)設(shè)置為增強(qiáng)型HPI-8或HPI-16、增強(qiáng)型比標(biāo)準(zhǔn)型更優(yōu)越之處主要在于，增強(qiáng)型允許主機(jī)訪問(wèn)DSP內(nèi)部的所有片內(nèi)RAM，而標(biāo)準(zhǔn)型只能訪問(wèn)RAM區(qū)中指定的2K字。

以TMS320VC5410（簡(jiǎn)稱(chēng)為'5410）包含的增強(qiáng)型HPI-8接口為例，它與外部主機(jī)或微處理器的連接如圖1所示，其具有單獨(dú)的8根數(shù)據(jù)線HD0～HD7和10根控制線?？刂菩盘?hào)的時(shí)序邏輯如圖2所示。主機(jī)主動(dòng)通過(guò)HPI口訪問(wèn)DSP，除了對(duì)主機(jī)發(fā)中斷（通過(guò)置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線有效）或清除主機(jī)發(fā)來(lái)的中斷（通過(guò)清HPIC寄存器的DSPINT標(biāo)志）需要DSP干涉外，'5410的CPU幾乎不用進(jìn)行其他操作，片內(nèi)的DMA通道會(huì)自動(dòng)輔助完成RAM區(qū)和HPI數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)由HCNTL0/1線來(lái)確定選擇HPI的某個(gè)控制寄存器，如表1所列。通過(guò)對(duì)這4個(gè)寄存器的訪問(wèn)，就可以在所設(shè)安全機(jī)制的允許范圍下讀/寫(xiě)DSP的所有或部分片內(nèi)RAM。

表1 HCNTL0/1的選擇功能描述

由于DSP最小的存儲(chǔ)單位是字（16位），因此對(duì)于HPI-8，每個(gè)的傳遞必須要有2個(gè)傳遞周期才能完成。HBLL信號(hào)用于區(qū)分傳遞的字節(jié)是當(dāng)前字的第一字節(jié)還是第二字節(jié)。通過(guò)設(shè)置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節(jié)是這個(gè)字的高字節(jié)還是低字節(jié)。

通過(guò)HPI實(shí)現(xiàn)程序下載屬于'5410程序加載的五種途徑之一。在需要與主機(jī)連接的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，采用HPI程序加載方式可以使電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化，省去外部并行或串行的ROM或FLASH程序存儲(chǔ)器。

3 增強(qiáng)型HPI-8與主機(jī)并口的連接

'5410具有C54x系列的大部分特點(diǎn)，它包括3個(gè)多通道緩沖串口（McBSP）六通道DMA、8位增強(qiáng)型主機(jī)接口HPI-8、增強(qiáng)型外部并行接口（XIO2）、16K字的片內(nèi)ROM、56K字的片內(nèi)RAM等，可以說(shuō)是一個(gè)功能強(qiáng)大的微處理器。

在實(shí)現(xiàn)DSP與計(jì)算機(jī)主機(jī)的并口通信時(shí)，將主機(jī)并口的工作模式設(shè)置在擴(kuò)展功能（ECP）模式下，在通信速率要求不高的場(chǎng)合，可以將其設(shè)置為PS/2模式。PS/2模式是在SPP基礎(chǔ)上擴(kuò)展的雙向傳輸模式，以字節(jié)為單位讀/寫(xiě)數(shù)據(jù)。

在一些DSP與主機(jī)并口通信的設(shè)計(jì)中，采用了CPLD來(lái)產(chǎn)生接口時(shí)序，這種方式除了加大電路成本外，還給設(shè)計(jì)增加了復(fù)雜度。事實(shí)上，利用幾個(gè)簡(jiǎn)單的邏輯門(mén)就可以實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)的并口通信。

對(duì)于DB25的主機(jī)并口線，Data0～Data7作為雙作為HDS1控制信號(hào)，AudoFd、SelechIn分別作為HCNTL0/1信號(hào)。Init作為HR/W控制信號(hào)。HBIL信號(hào)由Strobe信號(hào)觸發(fā)J-K觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)?？紤]到HPI的程序加載功能，利用J-K觸發(fā)器將SelectIn和AutoFd信號(hào)邏輯組合得到對(duì)DSP的RESET復(fù)位控制。另外，'5410的I/O口線為3.3V CMOS電壓，而并口則通常為5 V TTL電壓。因此，為達(dá)到電平匹配，在兩級(jí)之間增加了電壓轉(zhuǎn)換的緩沖器SN74LVC245。具體電路設(shè)計(jì)如圖5所示。

HCNTL0/1的狀態(tài)變化規(guī)則如圖4所示?？梢钥闯?，只有當(dāng)HCNTL1為1，HCNTL0由0變1時(shí)，才會(huì)觸發(fā)復(fù)位狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)。所以，當(dāng)需要從寄存器HPIA切換到非增HPID時(shí)，為避免觸發(fā)復(fù)位狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，HCNTL1/HCNTL0應(yīng)以10-00-01-10的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

4 程序設(shè)計(jì)

4.1 主機(jī)程序

主機(jī)程序主要完成HPI寄存器的選擇、時(shí)序的構(gòu)建和數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)等。限于篇幅，此處只列舉主機(jī)讀DSP片內(nèi)RAM存儲(chǔ)區(qū)的時(shí)序構(gòu)建及其與DSP間的通信握手。其中，p_DATA、p_STATUS、p_CONTROL分別代表LPT1的數(shù)據(jù)寄存器、狀態(tài)寄存器和控制寄存器。ECP擴(kuò)展控制寄存器ECR的bit7～5設(shè)置為'001'。HPI的HPIC寄存器BOB位設(shè)置為'0'（第一字節(jié)為高字節(jié)）。

/*讀/寫(xiě)HPI寄存器，讀/寫(xiě)的'字'存放在*data和*（data+）,

r_w為0時(shí)代表寫(xiě)，為1時(shí)代表讀。*/

void HPIregRW（char*reg,BYTE*data,BYTEr_w）

{

BYTE test;

BYTE CRW=0x00|(r_w<<5);

int i_HBIL=0;

/*切換選擇HPIC、HPIA、HPID_I、HPID_n寄存器之一*/

if(strcmp(reg,"HPIC"==0)

{

ChangeCONTROL(0x0b|CRW);

//ChangeCONTROL(BYTE bValue)

}

else if(strcmp(reg,"HPIA"= =0)

ChangeCONTROL(0x03|CRW);

else if(strcmp(reg,"HPID_I"= =0)//采用自增地址主機(jī)寫(xiě)

ChangeCONTROL(0x09|CRW);

else if(strcmp(reg,"HPID_n"= =0) //主機(jī)寫(xiě)

ChangeCONTROL(0x01|CRW);

else

{

printf("Wrong register for HPI write.";

exit(-1);

}

outp(p_CONTROL,CONTROL);

if((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0) //如果HBIL！=0

{

ChangeCONTROL(0,0); //重載函數(shù)

//ChangCONTROL(BYTE bit,BYTE bValue)

_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=0

ChangeCONTROL(0,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=1

}

/*開(kāi)始時(shí)序的準(zhǔn)備*/

while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0

//（lst byte）

if(r_w)//讀

{

//在HPIR/W的上升沿對(duì)數(shù)據(jù)線采樣（第一字節(jié)）

ChangeCONTROL(2,1);

-outp(p_CONTROL,CONTROL);

ChangeCONTROL(0,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0, //采樣HCNTL0/1,HR/W，HBIL

while(_inp(p_STATUS)&0x10= =0); //若HDRY=0，//等待；HDRY=1，繼續(xù)

ChangeCONTROL(0,1);

outp(pCONTROL,CONTROL);//HDS1：0->1； //鎖存第1字節(jié)，然后HBIL=1

*(data++)=_inp(p_DATA);

while((_inp(p_STATUS)& 0x08)= =0); //等待HBIL//=1(2nd byte)

ChangeCONTROL(2,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);

//在HPIR/W的上升沿對(duì)數(shù)據(jù)線采樣（第二字節(jié)）

ChangeCONTROL(2,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);

ChangeCONT^ROL(0,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0,

//采樣HCNTL0/1，HR/W，HBIL

while(_inp(p_STATUS)&0x10)= =0);//若HDRY=0//等待，HDRY=1繼續(xù)

ChangeCONTROL(0,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL)；//HDS1：0->1; //鎖存第2字節(jié)，然后HBIL=0

*（data- -=_inp(p_DATA);

while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0

（lst byte）

ChangeCONTROL(2,0);

_outp(p_CONTROL，CONTROL)；

}

else//寫(xiě){（略）}

}

…

void main(void)

{

/*HPI初始化*/…

/*等待DSP給主機(jī)發(fā)中斷HINT（查詢(xún)方式）后，從DSP讀數(shù)*/

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷

/*讀取DSP片內(nèi)RAM區(qū)數(shù)據(jù)*/

for(i=0;i

{

HPIA=resultAddr++;//resultAdd：要讀取的RAM數(shù)//據(jù)區(qū)起始地址

WriteHPIreg("HPIA",HPIA)；

while((_inp(p_STATUS)&0x40)！=0)；//等待DSP發(fā)//送HINT有效信號(hào)（握手信號(hào)）

//調(diào)用讀RAM區(qū)數(shù)據(jù)的函數(shù)，并寫(xiě)入創(chuàng)建的文件data.dat

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷

WriteHPIreg("HPIC",0x0404); //主機(jī)發(fā)送DSINT有//效給DSP（握手信號(hào)）

}

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清NINT中斷

}

試驗(yàn)證明，主機(jī)并口的讀取速度遠(yuǎn)低于DSP的執(zhí)行速度，因此，程序子函數(shù)中的一些等待查詢(xún)指令可替略。在主函數(shù)main（）中，如果讀取的DSP數(shù)據(jù)是靜態(tài)的，不需實(shí)時(shí)提供，則這樣的指令也可以省略。

4.2 DSP的握手程序

在實(shí)際情況中，需要傳遞的數(shù)據(jù)大都由DSP實(shí)時(shí)處理得到。一邊處理一邊傳輸可以大大提高系統(tǒng)的整體效率，而且由于HPI工作的特點(diǎn)，傳輸幾乎可以不占用DSP的時(shí)間。唯一需要DSP干預(yù)的是數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后通知主機(jī)接收（通過(guò)HINT中斷）。這項(xiàng)任務(wù)可以放大DSP的DSPINT中斷服務(wù)程序中進(jìn)行其程序簡(jiǎn)要如下：

.mmregs

.include "vectors.h"

dataarea .usect "COMMS",100h,1;所需傳遞的數(shù)據(jù)塊區(qū)間

HOSTACK.macro

hack ldm hpic,a ;累加器A載入HPIC值

and #08h,a ;屏蔽HINT的其他位

bc hack,aneq ;判斷HINT的狀態(tài)，直到HINT

；位為0（即主機(jī)清HINT標(biāo)志）

.endm

.text

start:stm #00a0h,pmst;設(shè)置IPTR寄存器

stm #0000h,st0 ;設(shè)置ST0、ST1寄存器

stm #2800h,stl

stm #0010,tcr ;關(guān)閉計(jì)時(shí)器

stm #0ffffh,ifr ;清除所有的中斷標(biāo)志位

stm #0300h,imr ;使能DSPINT中斷

stm #280h,sp ;初始化堆棧指針SP為280h

HOSTACK ;檢查主機(jī)是否清HINT標(biāo)志

stm #0ah,hpic ;置HINT位，向主機(jī)發(fā)送

;HINT有效信號(hào)，告知第一個(gè)數(shù)已準(zhǔn)備就緒

rsbx intm ;開(kāi)啟中斷

wait: b wait ;主程序（此處為死循環(huán)）

hpi: stm #0ah,hpic ;當(dāng)主機(jī)取完數(shù)后置DSPINT

；位，進(jìn)入DSPINT中斷服務(wù)程序

rete ;DSP向主機(jī)發(fā)送NINT握手

；信號(hào)，通知下一個(gè)數(shù)已準(zhǔn)備好

.end