摘 要：為了滿足日益復(fù)雜和高性能的應(yīng)用要求，由主機(jī)+DSP構(gòu)成的多CPU系統(tǒng)已經(jīng)成為嵌入式技術(shù)發(fā)展的潮流。因此，主機(jī)和DSP之間的數(shù)據(jù)交換方式就成為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮的重要問題。提出通過HPI接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的方案，并舉例說明主機(jī)接口在由MPC555和ADSP2191構(gòu)成的系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：主機(jī)接口；嵌入式系統(tǒng)；ADSP2191；MPC555

Application of Host Port Interface in Embedded System

SHI Meichuan1，2，XIE hiyuan1，LIU Yumin2

(1.North China Electric Power University，Baoding，071003，China;2.Baoding hongli Power Technology Development Co.Ltd.，Baoding，071051，China

Abstract：According tothe requirement of complexity and high performance to the embedded system，the multi CPU system is composed of a host and a DSP become the current of embedded technique.Thereby，data exchange between host and DSP is a problem in the desigh of embedded system.The paper introduces a solution based on HPI，and illustrates its application in the system consisting of MPC555 and ADSP.

eywords：host port interface；embedded system；ADSP2191；MPC555

1 引 言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，嵌入式技術(shù)已成為新世紀(jì)最有生命力的技術(shù)之一，其得到了飛速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜控制、汽車電子、醫(yī)療儀器、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等復(fù)雜要求的出現(xiàn)，常用的單片機(jī)系統(tǒng)和DSP系統(tǒng)等這類簡單的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。在面對日益復(fù)雜和高性能應(yīng)用時(shí)，大多采用主機(jī)（由微控制器或微處理器充當(dāng)）+DSP的方式構(gòu)成主從式系統(tǒng)，這樣既可以利用DSP強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，又可以利用微處理器豐富的片內(nèi)外設(shè)和接口對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制。

在這種系統(tǒng)中，主機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交換就成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問題。傳統(tǒng)的單片機(jī)與主機(jī)交換數(shù)據(jù)大多采用串行通信方式或共享存儲器方式。串行通信方式只適用于通信量較小的系統(tǒng)。共享存儲器方式，需外擴(kuò)一雙端口RAM及觸發(fā)器鎖存器等芯片，使得系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

ADI公司生產(chǎn)的DSP芯片ADSP2191配置了主機(jī)接口（Host Port Interface，HPI），可以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間并行高速的數(shù)據(jù)傳輸。HPI可以很容易地與各種主機(jī)互聯(lián)，甚至不需要外加接口邏輯，可以大大簡化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。且DSP依靠自身的硬件來協(xié)調(diào)沖突，在主機(jī)訪問HPI的時(shí)候，不會(huì)打斷DSP正常的程序運(yùn)行。

2ADSP2191M主機(jī)接口簡介

主機(jī)接口HPI（Host Port Interface）是Analog Device Inc.公司在新一代高性能DSP芯片上配置的與外部主設(shè)備或主處理器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的并行接口。HPI是地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的8位/16位并行口，只能做從機(jī)，外部主機(jī)（微控制器、FGPA或者另一片DSP）是HPI的控制者。通過HPI，主機(jī)可以訪問DSP的內(nèi)部存儲空間、引導(dǎo)空間和I/O空間；另外，還可以通過HPI口把程序加載到DSP。ADSP-2191有24個(gè)引腳專門用于HPI，如表1所示。

3 硬件設(shè)計(jì) 

MPC555微控制器是Motorola公司PowerPC 500系列的代表產(chǎn)品，是一款高速高性能的32位浮點(diǎn)處理器，其工作時(shí)鐘可達(dá)40 MHz。其內(nèi)部資源極其豐富，有26 kB RAM和6 kB TPURAM，448 kB FLASH、多通道串行模塊、CAN 2.0B控制器等，特別適于做復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制和處理。MPC555與ADSP2191的接口電路如圖1所示。

HPI提供2種硬件尋址模式：地址周期控制模式（ACCM）和地址鎖存模式（ALEM）。其中，ALEM適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的微處理器接口；ACCM模式適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線分開的微處理器接口。硬件尋址方式是由上電復(fù)位時(shí)HALE引腳的邏輯電平?jīng)Q定。如果上電復(fù)位時(shí)用外部下拉電阻把HALE拉低，就是ALEM方式；反之，如果用外部上拉電阻把HALE拉高就是ACCM方式。

HPI總線是一種異步通信協(xié)議，硬件握手可以是AC方式，還可以是Ready方式，2種方式的有效極性都可以在上電復(fù)位時(shí)配置。另外，讀/寫選通信號的極性也可以在上電復(fù)位時(shí)配置。如果在上電時(shí)，讀/寫信號為高電平，那么讀/寫選通信號就是低有效。

綜合考慮MPC555的外部總線時(shí)序和HPI接口的時(shí)序要求，在本設(shè)計(jì)中硬件尋址采用ACCM方式，應(yīng)答方式采用AC方式。讀信號HRD[TX-]、寫信號HWR[TX-]和應(yīng)答信號HAC都是低電平有效。

要控制主機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交互，即主機(jī)要知道何時(shí)能從DSP讀取數(shù)據(jù)，而何時(shí)又該寫數(shù)據(jù)，還需要一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號。本設(shè)計(jì)選用ADSP2191的1個(gè)I/O口PF0作為對主機(jī)的中斷信號。

4 HPI的讀寫操作和接口軟件設(shè)計(jì)

4.1 HPI接口的配置

要通過HPI訪問DSP的內(nèi)部存儲空間和I/O空間，必須先配置HPI的寄存器。HPI接口有15個(gè)寄存器，其中9個(gè)是專門用于DMA方式的，對于直接訪問方式，只有主機(jī)接口配置寄存器（HPCR）和主機(jī)接口直接訪問頁寄存器（HPPR）是必須配置的^［1］。外部主機(jī)或者DSP自己可以通過配置這2個(gè)寄存器，設(shè)置主機(jī)接口的訪問參數(shù)，包括外部總線寬度、要訪問的存儲空間的頁地址和數(shù)據(jù)類型等。下面是DSP自己配置主機(jī)接口的程序代碼：

//HPCR=0x0001:16 b， AC Mode

IOPG=0x08;

AR=0X3802;

IO(0x1FF=AR;

AR=0x0001;

IO(0x3FF=AR;

SR=LSHIFT AR BY –8(LO;

IO(0x3FF=SR0;

//HPPR=0x0000

AR=0x3804;

IO(0x1FF=AR;

AR=0x0000;

IO(0x3FF=AR;

4.2 主機(jī)對HPI接口的讀寫操作

在ACCM方式下，HALE引腳上的邏輯0電平會(huì)觸發(fā)HWR[TX-]引腳產(chǎn)生一個(gè)下降沿跳變以便把地址鎖存到HPI。時(shí)序圖如圖2，圖3所示：

所以，主機(jī)對HPI的訪問包含地址周期和數(shù)據(jù)周期2個(gè)周期。MPC555訪問HPI的子程序匯編代碼如下：

讀操作：

#/*UINT16 HostPortRead(UINT16 address*/

#{

.text

. align 2

.globl HostPortRead

HostPortRead:

lis r4，HOST_ADDR@h#Address Cycle

orir4，r4，HOST_ADDR@l

sth r3，0x0(r4

lisr6，HOST_DATA@h#Data Cycle

orir6，r6，HOST_DATA@l

lhar3，0x0(r6

blr

#}

[HT5”][J]圖3 主機(jī)接口寫操作時(shí)序圖[HT10.]

寫操作：



#/*UINT16 HostPortWrite(UINT16 address，UINT16 data*/

#{

.text

. align 2[LL]

.globl HostPortWrite

HostPortWrite:

lis r5，HOST_ADDR@h#Address Cycle

orir5，r5，HOST_ADDR@l

sth r3， 0x0(r5

lis r6，HOST_DATA@h#Data Cycle

orir6，r6，HOST_DATA@l

sth r4，0x0(r6

mrr3，r4

blr

#}

5 結(jié) 語

目前，該方案已經(jīng)成功運(yùn)用于母線保護(hù)設(shè)備中，經(jīng)測試在DSP接近滿負(fù)荷工作時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率也能達(dá)到2 MB/s，完全能滿足系統(tǒng)需要。實(shí)踐證明，HPI接口是一種電路簡單、性能穩(wěn)定、高效可靠的通信方式，而且具有很強(qiáng)的通用性，可廣泛應(yīng)用于各種含有HPI接口的多CPU嵌入式系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］Analog Devices Inc.ADSP219x/2191 DSP Hardware Refe[CD*4]rence.2001.

［2］Analog Devices Inc.ADSP-2191 Host Port Interface.Lite[CD*4]rature Number:EE-154.

［3］Motorola.MPC555/MPC556 User′s Manual.2000.

作者簡介 石美傳 女，1977年出生，碩士研究生。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)與智能控制。

謝志遠(yuǎn) 男，1964年出生，教授。主要研究方向?yàn)樾盘柵c信息處理、現(xiàn)代電子技術(shù)與EDA以及電力通信網(wǎng)監(jiān)控。

劉玉民 男，1977年出生，工程師。研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)開發(fā)。