基于PCI總線通用DSP信號處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于PCI總線時(shí)鐘高達(dá)33MHz，信號線應(yīng)按微波傳輸線對待，再加上接口邏輯本身的復(fù)雜性，設(shè)計(jì)難度很大。實(shí)現(xiàn)接口的辦法：（1）用可編程邏輯器件EPLD或FPGA和用EPLD或FPGA實(shí)現(xiàn)。PCI接口的優(yōu)點(diǎn)在于其靈活的可編程性。首先PCI接口可以依據(jù)插卡功能進(jìn)行最優(yōu)化，而不必實(shí)現(xiàn)所有的PCI功能，這樣可以節(jié)約系統(tǒng)的邏輯資源；其次可以將PCI插卡上的其他用戶邏輯與PCI接口邏輯集成在一個(gè)芯片上，實(shí)現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)；再者當(dāng)系統(tǒng)升級時(shí)，只需對可編程器件重新進(jìn)行邏輯設(shè)計(jì)而無需更新PCB版圖。（2）用專用PCI接口芯片實(shí)現(xiàn)。專用PCI接口芯片可以實(shí)現(xiàn)完整的PCI主控模塊和目標(biāo)模塊接口功能，將復(fù)雜的PCI總線接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的用戶接口。廠商對PCI總線接口進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，用戶只要設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換后的總線接口即可。從某種意義上講，PCI接口完成的是PCI總線和插卡上的從屬處理器之間的消息傳遞。

由于以上原因，再考慮到系統(tǒng)開發(fā)的成本和周期，用專用接口芯片來實(shí)現(xiàn)PCI總線的接口較理想。接口芯片選用的是TI公司的PCI2040。PCI2040 是專門用來和54X或6X橋接的芯片，可以實(shí)現(xiàn)與TMS320VC5402的無縫接口 ；可以對端口進(jìn)行訪問讀寫。PCI2040提供了一個(gè)由PCI總線至插卡總線的直通通路（pass-thru）。PCI2040通過這些數(shù)據(jù)通路將復(fù)雜的PCI接口轉(zhuǎn)換為相對簡單的插卡總線接口。在本系統(tǒng)中，DSP中的資源映射到PC機(jī)的內(nèi)存D9008000～D9008FFF和D9000000～ D9007FFF，中斷請求為11。

PCI2040通過HPI接口與DSP通信，通信流程如下：PCI總線向PCI2040讀寫數(shù)據(jù)，PCI2040會根據(jù)這些命令在HPI口上發(fā)起相應(yīng)的要求，這個(gè)通信過程可以通過編程首先初始化HPI控制寄存器HPIC以及主機(jī)地址寄存器HPIA，然后再從主機(jī)數(shù)據(jù)寄存器HPID中讀/寫數(shù)據(jù)來完成。具體的接口電路如圖4所示：一塊PCI2040最多可以掛接4片 DSP，以用于多DSP系統(tǒng)。

3.2 擴(kuò)展空間

對信號處理系統(tǒng)來講，DSP芯片所帶的資源常常不能滿足要求。這包括兩個(gè)方面，一是程序空間，二是數(shù)據(jù)空間。對程序空間，可以選擇不同的自舉方式，充分利用PC機(jī)的資源。對數(shù)據(jù)空間有下面幾種解決方法：（1）選擇資源多的芯片，但這會引起成本的上升；（2）改進(jìn)算法，邊讀取數(shù)據(jù)邊處理；（3）用一個(gè)鎖存器保存高位地址，自己擴(kuò)展數(shù)據(jù)空間。這 里采用的方法是在用算法進(jìn)行邊讀數(shù)據(jù)邊處理的同時(shí)，用SRAM對數(shù)據(jù)空間進(jìn)行了擴(kuò)展?？紤]到時(shí)序關(guān)系,以及TMS320VC5402只能與異步的存儲器連接等因素。選用了TPS73HD318。它是 3.3V，1M×16大小的靜態(tài)RAM，高低位字節(jié)可選，其讀寫速度達(dá)到12ns，能夠與DSP的讀寫速度相匹配，無須另加接口時(shí)序。對于等待時(shí)間的產(chǎn)生，可以用軟件的方法，對等待狀態(tài)寄存器（SWWSR）進(jìn)行設(shè)置。而產(chǎn)生的時(shí)延在調(diào)試時(shí)可以對DSP的時(shí)延寄存器進(jìn)行設(shè)置, 以達(dá)到最大速度。硬件接口如圖5所示。

4 DSP系統(tǒng)的自舉

所謂自舉（Bootload），就是在上電時(shí)從外部加載并執(zhí)行用戶的程序代碼。加載的途徑有：（1）從一個(gè)外部的EPROM或FLASH加載；（2）從主機(jī)通過HPI總線、并行I/O口、任何一個(gè)串行口、用戶定義的地址熱自舉等方式加載。因?yàn)樾盘柼幚淼某绦蛞话愣急容^大，為了保證這個(gè)信號處理系統(tǒng)的通用性和可移植性，需把程序保存在主機(jī)中，用HPI總線自舉。HPI是一個(gè)8位的并行口，PC機(jī)和'5402通過共享的片內(nèi)存儲器交換信息。選用HPI自舉方式，需要把HINT和INT2引腳連在一起。復(fù)位時(shí)，Bootload使HINT置位，從而使 INT2置位。BootloaD讀出中斷標(biāo)志寄存器（IFR）的bit2位后，即能從HPI口進(jìn)行自舉。與別的54X系列一個(gè)很重要的不同是：5402要檢查數(shù)據(jù)存儲器的OX7FH位以決定程序的入口地址，用戶程序也要在復(fù)位完成后才能加載到HPI的RAM中。

5 驅(qū)動(dòng)程序

因?yàn)镻CI2040擴(kuò)展了配置空間，所以，要通過 HPI口實(shí)現(xiàn)與DSP的通信，需要驅(qū)動(dòng)程序。如果直接使用DDK來編寫PCI設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，需要大量的Windows底層的知識，難度比較大。因此可以使用別的驅(qū)動(dòng)程序的編寫工具，如Vtools和 WinDrive。我們選用了WinDrive 。Jungo公司的WinDrive與其他驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具的最大不同是它可以在編程者不太了解Windows內(nèi)核的情況下編寫驅(qū)動(dòng)程序。這樣，可以把精力主要放在功能的實(shí)行上，同時(shí)用WinDrive寫成的驅(qū)動(dòng)程序只需作很少的修改就能很方便地適用于各種操作系統(tǒng)，如Win dows 9x, Window 2000,Windows NT以及Linux等。編寫過程如下：（1）用WinDrive 的Drive Wiz ard 工具查找所要編寫驅(qū)動(dòng)程序的PCI卡，并用CREATING INF FILE 產(chǎn)生INF 文件,然后添加新硬件；（2）對PCI卡上的配置寄存器，I/O空間，內(nèi)存范圍，中斷，片內(nèi)寄存器進(jìn)行設(shè)置；（3）生成源代碼，對它進(jìn)行功能添加，主要是實(shí)現(xiàn)對DSP 片內(nèi)SRAM的訪問。