摘 要：主機(jī)接口（HPI）是德州儀器公司的定點(diǎn)DSP處理器TMS320C54x上配置的與主機(jī)進(jìn)行通信的8位并行接口。它可以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間并行、高速的數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成多機(jī)系統(tǒng)。首先介紹HPI的基本原理和基本功能，其次以TMS320C5410與ADuc848的多機(jī)系統(tǒng)為實(shí)例，介紹了HPI在多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用，硬件、軟件要求以及HPI在多機(jī)系統(tǒng)中的優(yōu)越性。以單片機(jī)ADuc848和TMS320C5410多機(jī)系統(tǒng)為例，從多個(gè)方面論述了增強(qiáng)型HPI8主機(jī)接口在多機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中所具有的優(yōu)點(diǎn)：接口外圍電路簡(jiǎn)單，幾乎不需要附加任何邏輯電路，高速的數(shù)據(jù)傳輸，軟件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，通信可靠等。給出了硬件設(shè)計(jì)的原理圖和軟件設(shè)計(jì)框架，并且通過(guò)實(shí)際測(cè)試表明該系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案運(yùn)行可靠。

關(guān)鍵詞：DSP;多機(jī)系統(tǒng);主機(jī)接口;ADuc848

中圖分類(lèi)號(hào)：TP368.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004373X(2008)1604803

Research and Application of HPI Interface Technique Based on TMS320C54x

ZHANG Xin.1，WEI Jincheng.2

(1.Chengdu Changtong Railway Technology Exploitation Co.Ltd.，Chengdu，610100，China;2.Xihua University，Chengdu，610039，China)

Abstract：The Host Port Interface（HPI）is a 8bit parallel port used to interface a host processor or device to the Texas Instruments (TI) fixedpoint Digital Signal Processor (DSP) TMS320C54x.The HPI enables the doubleprocessor system(between DSP and Host microcontrollers) to process highspeed and parallel data exchange.In the paper，the structure and principle of HPI are introduced in detail，then taking TMS320C5410 and ADuc848 doubleprocessor system as example，it introduces the HPI′s software，hardware application and superiority in doubleprocessor system.Taking the SCM ADuc848 and the TMS320C5410 doubleprocessor system as example，the advantages of HPI8 design in doubleprocessor system from several aspects are discussed:the peripheral circuit of the interface is simple which hardly needs any additional logic circuit，high speed data transmission，simple software design，credible communications etc.The principle diagram of the hardware design and the frame of the software design are given in the paper，and the credibility of the system design is proved through actual test.

Keywords：DSP;doubleprocessor system;host port interface;ADuc848

1 引 言

DSP作為一種先進(jìn)的可編程處理器，近幾年來(lái)應(yīng)用及其廣泛。其中，TMS320C54x是TI公司推出的定點(diǎn)系列數(shù)字信號(hào)處理芯片，它具有運(yùn)算速度快，CPU結(jié)構(gòu)優(yōu)化、功耗低和智能化外設(shè)等特點(diǎn)，特別適用于實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。TMS320C5410是TMS320C54x系列中的一款16位的定點(diǎn)DSP，它具有先進(jìn)的多總線結(jié)構(gòu)，3條16位數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器總線和1條程序存儲(chǔ)器總線；數(shù)據(jù)/程序?qū)ぶ房臻g為8 M×16 b，內(nèi)置16 k×16 b的ROM，8 k×16 b的DRAM和56 k×16 b的SRAM；3個(gè)多通道緩沖串行口，1個(gè)8位并行與處理器通信的增強(qiáng)型HPI口，1個(gè)16位定時(shí)器以及6通道DMA控制器；低功耗，適合電池供電設(shè)備等特點(diǎn)。

TMS320C5410內(nèi)部提供了增強(qiáng)型的8位HPI主機(jī)接口，用來(lái)與主設(shè)備或者主處理器接口，在HPI口和主機(jī)通信的過(guò)程中，完全沒(méi)有硬件和軟件的開(kāi)銷(xiāo)，而由DSP自身的硬件協(xié)調(diào)沖突，從而不會(huì)打斷DSP正常程序的運(yùn)行，具有這些優(yōu)點(diǎn)，HPI在多機(jī)通信中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛了，例如目前的GSM類(lèi)型手機(jī)的設(shè)計(jì)中，都是通過(guò)HPI來(lái)協(xié)調(diào)DSP與主機(jī)之間的工作。文中將詳細(xì)講述HPI在TMS320C5410和ADuc848多機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用方案。

2 增強(qiáng)型HPI8原理和結(jié)構(gòu)

增強(qiáng)型HPI8是DSP用于與主機(jī)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信的8位并行接口。外部主機(jī)是HPI的主控者，它可以通過(guò)HPI直接訪問(wèn)C5410所有的內(nèi)部存儲(chǔ)空間，包括存儲(chǔ)器映像寄存器。

增強(qiáng)型HPI8主要由5個(gè)部分組成，結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

（1） HPI存儲(chǔ)器。HPI存儲(chǔ)器主要用于C54x與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，并且增強(qiáng)型HPI8可以尋址DSP片內(nèi)所有RAM地址空間。

（2） HPI地址寄存器（HPIA）。它只能由主機(jī)對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)。寄存器中存放當(dāng)前尋址HPI存儲(chǔ)單片的地址。并且HPIA地址寄存器有2種工作模式：Ⅰ單地址訪問(wèn)：只針對(duì)一個(gè)RAM地址空間的訪問(wèn)，在訪問(wèn)過(guò)程中，HPIA寄存器數(shù)據(jù)不變。Ⅱ循環(huán)地址訪問(wèn)：主機(jī)在讀取存器數(shù)據(jù)過(guò)程中，每次讀后HPIA加1，每次寫(xiě)前HPIA加1。

（3） HPI數(shù)據(jù)鎖存器（HPID）。它也只能由主機(jī)對(duì)它直接訪問(wèn)，如果當(dāng)前進(jìn)行的是讀操作。則HPID中存放的是要從HPI存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)；如果當(dāng)前進(jìn)行的是寫(xiě)操作，則HPID存放的是要寫(xiě)到HPI存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。

（4） HPI控制寄存器（HPIC）。C54x和主機(jī)都能對(duì)它直接訪問(wèn)，它映像在C54x數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的地址為002Ch。

（5） HPI控制邏輯，用于處理HPI與主機(jī)之間的接口信號(hào)。

當(dāng)C54x與主機(jī)進(jìn)行信息交換時(shí)，HPI是主機(jī)的一個(gè)外圍設(shè)備。HPI的外部數(shù)據(jù)線是8根HD（7~0），在傳送數(shù)據(jù)時(shí)，HPI能自動(dòng)的將外部接口傳來(lái)的連續(xù)的8位數(shù)組合成16位數(shù)后傳給C54x。HPI8的采樣選通信號(hào)由HAS1，HAS2和HCS的組合邏輯來(lái)組成。在實(shí)際應(yīng)用中，可以把其中的2個(gè)引腳接固定電平，則選通信號(hào)只用一個(gè)引腳來(lái)控制。

3 接口的硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。

本文中選用C54x系列的C5410，主機(jī)選用AD公司的ADuc848，該芯片具有與8052兼容的內(nèi)核，最大的工作頻率可以達(dá)到12.58 MHz，單周期指令，11個(gè)中斷源，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，雙數(shù)據(jù)指針，擴(kuò)展的11位堆棧指針，64 kB閃速/電可擦除程序存儲(chǔ)器，4 kB閃速/電可擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，2 304 B的用戶(hù)RAM，同時(shí)可以外擴(kuò)多達(dá)16 MB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。并且外部接口資源非常豐富，有UART，PWM，I.2C和SPI等外部通信接口。在該系統(tǒng)中，不僅可以充分發(fā)揮C5410的高速運(yùn)算功能，同時(shí)也可以利用ADuc848的豐富的接口和控制功能，通過(guò)ADuc848擴(kuò)展LCD的顯示功能、與PC的通信功能、鍵盤(pán)控制和一些外部的擴(kuò)張功能等。

通過(guò)HPI8實(shí)現(xiàn)C5410和ADuc848的協(xié)調(diào)工作，接口電路中使用ADuc848的2個(gè)通用I/O口P0和P2，HPI的8位數(shù)據(jù)線與P0口相連，P2_2和P2_3連接輸入控制信號(hào)HCNTL0和HCNTL1以實(shí)現(xiàn)對(duì)HPI寄存器的訪問(wèn)。P2_4連接到字節(jié)識(shí)別信號(hào)HBIL，P2_0連接到數(shù)據(jù)準(zhǔn)備信號(hào)HRDY，P2_5連接到讀寫(xiě)控制信號(hào)HRW，外部中斷INT0連接到HPI的中斷信號(hào)HINT，P2_1連接到數(shù)據(jù)選通信號(hào)HDS1，其中HCS和HDS2分別接地和電源，所以當(dāng)HRW=1，HDS1=0時(shí)ADuc848從C5410中讀數(shù)據(jù)，同樣當(dāng)HRW=0，HDS1=0時(shí)ADuc848向C5410中寫(xiě)數(shù)據(jù)。在HPI8的訪問(wèn)速度方面可以采用下面的公式：F_h=(F_d×n)/5 其中F_h為HPI的訪問(wèn)速度；F_d為CLKOUT輸出頻率；n為8。

所以當(dāng)C5410的主頻達(dá)到100 MIPS的時(shí)候，HPI8的訪問(wèn)速度可以達(dá)到160 Mb/s。兼具接口電路簡(jiǎn)單、通信可靠和支持高速訪問(wèn)等優(yōu)點(diǎn)，HPI在多機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛的。

4 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

多機(jī)通信的握手方式由HPI的硬件實(shí)現(xiàn)，因此在軟件設(shè)計(jì)方面相對(duì)容易，主要是對(duì)HPI的3個(gè)寄存器進(jìn)行操作，基本的步驟是：首先初始化HPIC控制寄存器，其次將要讀取的數(shù)據(jù)的地址寫(xiě)入HPID，最后采用單字節(jié)或者循環(huán)讀取方式訪問(wèn)HPID數(shù)據(jù)寄存器。

主機(jī)程序的流程圖如圖3所示：

當(dāng)主機(jī)通過(guò)HPI訪問(wèn)C54x之前，必須首先初始化HPIC和HPIA寄存器，確定字節(jié)控制BOB位和訪問(wèn)RAM的地址，然后訪問(wèn)HPID寄存器，獲取數(shù)據(jù)，然后通過(guò)置位DSPINT，觸發(fā)C54x的HPI中斷執(zhí)行相關(guān)程序。同時(shí)當(dāng)C54x需要主機(jī)讀取新數(shù)據(jù)時(shí)，只需要置位HINT，就可以觸發(fā)主機(jī)的外部中斷，完成數(shù)據(jù)的更新。主機(jī)和C54x是通過(guò)相互中斷的硬件方式實(shí)現(xiàn)彼此協(xié)調(diào)的工作，所以在軟件設(shè)計(jì)方面相對(duì)簡(jiǎn)單并且通信的可靠性也大大增加。

5 電路設(shè)計(jì)中應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題

（1） C54x與單片機(jī)的電平是不是兼容的，信號(hào)進(jìn)入DSP之前必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，否則有可能損壞DSP。

（2） HAS為下降沿有效，而HCS為上升沿有效。

（3） 在數(shù)據(jù)傳送以前，必須注意HPIC中的BOB位和HBIL腳的設(shè)置，否則數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不可預(yù)期的錯(cuò)誤。

（4） HCNTL0，HCNTL1兩腳用于區(qū)分HPIA，HPID及HPIC三者的地址。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1:CPU and Peripherals Texas Instrument 1999.

［2］TMS320C54x DSP Reference Set Vounme5:Enhanced Peripherals Texas Instrument 1999.

［3］張雄偉，陳亮，徐光輝.DSP集成開(kāi)發(fā)與應(yīng)用實(shí)例［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002.

［4］周?chē)?guó)輝，王曉東.AVR和TMS320VC5402的HPI接口通信設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息，2005，21（12z）:6062.

作者簡(jiǎn)介 張 辛 男，1981年出生，碩士。主要從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面的研究。