本文提出一種方案把數(shù)字信號(hào)處理部分從PC機(jī)軟件中分離出來(lái)交給DSP處理,DSP處理完畢后再把數(shù)據(jù)交還PC機(jī)進(jìn)行管理。這樣充分利用DSP對(duì)數(shù)字信號(hào)高速處理的優(yōu)勢(shì),提高信號(hào)處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。本文以TMS320VC5402 DSP為例,給予說明。
1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)
1.1 PCI接口芯片PCI9052
PCI9052是一款面向低端應(yīng)用的高性能、工作在目標(biāo)(從)模式的PCI接口芯片,支持PCI 2.1總線規(guī)范。該芯片的局部總線可以通過編程設(shè)置為8/16/32位的(非)復(fù)用總線,且局部總線時(shí)鐘與PCI總線時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行,便于高、低速設(shè)備的兼容,并可支持相對(duì)慢的局部總線在PCI總線上的突發(fā)傳輸速率達(dá)到132 Mb/s。同時(shí),PCI9052提供5個(gè)本地地址空間和4個(gè)本地地址片選,基址和地址范圍可由串行E2PROM編程設(shè)置。選擇PCI9052作為PCI-DSP橋可以降低PCI總線開發(fā)的難度,增加系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
1.2 DSP的HPI通信協(xié)議
TMS320VC5402 DSP具有8位的增強(qiáng)型HPI接口,其專門用于DSP與其他總線或CPU進(jìn)行通信。主機(jī)是通過HPI控制寄存器(HPIC),地址寄存器(HPIA),數(shù)據(jù)寄存器(HPID)訪問DSP的片內(nèi)RAM,從而實(shí)現(xiàn)與DSP通信的。DSP只能訪問HPIC。HPI寄存器的選擇由HCNTL[1:0]腳在PCI總線地址有效期實(shí)現(xiàn),說明如表1所示:
在主機(jī)訪問DSP片內(nèi)RAM過程中,主機(jī)首先根據(jù)訪問類型對(duì)HPIC寄存器進(jìn)行初始化操作,然后再對(duì)HPIA寄存器進(jìn)行操作,將要訪問存儲(chǔ)單元的地址寫入HPIA,最后對(duì)HPID寄存器進(jìn)行讀寫操作,此刻HPID寄存器的內(nèi)容為HPIA指定存儲(chǔ)器的內(nèi)容,這樣便實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP的一次通信過程。
1.3 DSP與PCI的接口設(shè)計(jì)
DSP與PCI的接口是實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)進(jìn)行通信的關(guān)鍵。由于TMS320VC5402 DSP的HPI口是8位并口,所以PCI9052局部總線設(shè)定為8位非復(fù)用總線模式,并將其LAD[7..0]與DSP的HD[7..0]連接,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的連接。接口電路如圖1所示。在8位總線模式下,LBE[1:0]分別對(duì)應(yīng)于地址的LA[1:0],將LBE0與HBIL相連,用于區(qū)分當(dāng)前傳輸?shù)氖堑?字節(jié)還是第2字節(jié)。LA[3:2]分別與HCNTL[1:0]相連,用于選擇HPI寄存器。利用PCI9052芯片的讀寫控制信號(hào)LBE0#,LBE1#,LW/R,LRDY#和部分地址信號(hào)LA[3:2]經(jīng)過CPLD進(jìn)行時(shí)序和邏輯轉(zhuǎn)換便可生成HPI口的控制信號(hào)HBIL,HC-NTL0,HCNTL1,HDS1#,HR/W#。HPIENA腳接“1”表示選用HPI模塊。這樣PCI9052就可在地址有效期決定訪問哪個(gè)HPI寄存器,實(shí)現(xiàn)DSP與PCI的通信。
1.4 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)
如圖2所示系統(tǒng)電路主要由3部分組成:第一部分是PCI9052與PCI插槽間的信號(hào)連接電路,包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)AD[31::0];總線命令信號(hào)C/BE[3::0]#;接口控制信號(hào)FRAME#,TRDY#,IRDY#,STOP#;IDSEI#,DEVSEL#,錯(cuò)誤報(bào)告信號(hào)PERR#,SERR#;系統(tǒng)信號(hào)CLK,RST#。這些信號(hào)是局部總線設(shè)備保證與PCI總線正確通信的必要信號(hào)。第二部分是和串行E-2PROM的信號(hào)連接電路,E2PROM內(nèi)存儲(chǔ)的是用于PCI加載的配置信息,這些信息在PCI9052硬件復(fù)位時(shí)的正確加載是保證PCI局部總線設(shè)備正常工作的前提。第三部分是PCI9052與DSP HPI接口的信號(hào)連接電路,包括數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫控制信號(hào)線、中斷信號(hào)線等。此外該系統(tǒng)還可根據(jù)DSP的其他功能擴(kuò)展相應(yīng)的外設(shè)電路。
2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
2.1 PC機(jī)與DSP通信驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)
PC機(jī)上應(yīng)用軟件不能直接對(duì)底層硬件進(jìn)行訪問,為實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP的通信還應(yīng)編寫設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。WDM(Windows Driver Model)是NT3.51和NT4.0內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序模型的擴(kuò)展形式,是一種PnP驅(qū)動(dòng)程序,能在Windows 98,Windows 2000和Windows XP間實(shí)現(xiàn)源代碼級(jí)兼容。為了便于在多操作系統(tǒng)中均能應(yīng)用本系統(tǒng),需編寫WDM驅(qū)動(dòng)程序。
在PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中主要是完成PCI設(shè)備的內(nèi)存、端口的讀寫功能和中斷處理功能。若采用DDK開發(fā),需要軟件人員對(duì)計(jì)算機(jī)底層知識(shí)熟悉、開發(fā)難度大、為簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā),可以使用NuMega推出的DriverStudio設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)工具包。通過DriverStudio開發(fā)者很容易生成驅(qū)動(dòng)程序框架,同時(shí),DriverStudio與VC++有很好的接口。生成的驅(qū)動(dòng)框架可以在Microsoft VC++6.0環(huán)境下添加驅(qū)動(dòng)代完成驅(qū)動(dòng)編寫。驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)內(nèi)容如下:
(1)設(shè)備初始化
PCI設(shè)備的硬件資源由PCI配置機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)分配,由PCI設(shè)備實(shí)現(xiàn)PCI配置寄存器,提出需要配置的硬件資源,驅(qū)動(dòng)程序只有獲取這些資源才能對(duì)硬件進(jìn)行操作。設(shè)備初始化環(huán)節(jié)使PCI設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)崿F(xiàn)識(shí)別PCI器件,尋址PCI器件的資源。如果m_MemoryRange0,m_IoPortRange1分別為KMemoryRange類、KIoRange類的實(shí)例,則初始化操作可通過調(diào)用其成員函數(shù)實(shí)現(xiàn):
(2)端口操作
對(duì)于X86處理器I/O空間是一個(gè)64 B的尋址空間。當(dāng)初始化完畢后,可直接調(diào)用KIoRange類成員函數(shù)對(duì)端口進(jìn)行操作。如從端口讀/寫一個(gè)雙字?jǐn)?shù)據(jù)可調(diào)用成員函數(shù)ind(),Outd()實(shí)現(xiàn)。
(4)中斷操作
在本系統(tǒng)中的PCI中斷是由PCI設(shè)備發(fā)出的要求上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的中斷請(qǐng)求,中斷服務(wù)程序要完成的功能是上位機(jī)從DSP的片內(nèi)RAM中讀取數(shù)據(jù)。對(duì)硬件的中斷處理可通過調(diào)用KInterrupt類的相關(guān)成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
此函數(shù)完成了初始化中斷類實(shí)例操作并實(shí)現(xiàn)了與中斷服務(wù)例程的連接。驅(qū)動(dòng)程序安裝好以后,在應(yīng)用程序中調(diào)用Create-File()函數(shù)打開設(shè)備,通過調(diào)用API函數(shù)De-viceloControl就可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與DSP之間的通信。
關(guān)鍵字:PCI總線 數(shù)字信號(hào)處理
2.2 下位機(jī)軟件
下位機(jī)軟件為運(yùn)行在DSP內(nèi)的客戶端程序。該軟件主要功能是接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并按照用戶的要求進(jìn)行處理,并把計(jì)算結(jié)果返回給上位機(jī)或根據(jù)計(jì)算結(jié)果驅(qū)動(dòng)其他外設(shè)工作。該軟件的核心部分為對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的算法,應(yīng)按照數(shù)據(jù)處理的具體要求選用相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)。軟件的設(shè)計(jì)思想是:在系統(tǒng)復(fù)位后,首先對(duì)DSP進(jìn)行初始化設(shè)置,如設(shè)置工作頻率為100 MHz,設(shè)置狀態(tài)寄存器ST0,ST1,設(shè)置軟件等待狀態(tài)寄存器等,以使DSP工作在最優(yōu)狀態(tài)。上位機(jī)在向下位機(jī)發(fā)送完畢數(shù)據(jù)后對(duì)DSP發(fā)出中斷請(qǐng)求,DSP立刻響應(yīng)中斷,轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后,DSP再將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果送還給上位機(jī),結(jié)束本次中斷服務(wù),程序返回到斷點(diǎn)處,直至下一次中斷的到來(lái)。軟件流程圖如圖3所示。
3 DSP系統(tǒng)的自舉加載(BootLoader)
DSP系統(tǒng)的自舉加載目的是使系統(tǒng)上電后程序代碼能從外部存儲(chǔ)介質(zhì)引導(dǎo)裝載到DSP內(nèi)部或外部程序存儲(chǔ)器中脫機(jī)運(yùn)行。自舉加載的實(shí)現(xiàn)方式常用的有外部并行自舉加載和HPI自舉加載兩種。
由于主機(jī)可以通過HPI口訪問DSP的片內(nèi)RAM資源,所以下位機(jī)程序可以在系統(tǒng)上電復(fù)位的時(shí)候通過上位機(jī)加載到DSP中。采用自舉加載模式,在硬件上需要將DSP的INT2腳與HPI的中斷輸出HINT腳相連,以保證在系統(tǒng)復(fù)位后選擇HPI加載模式,通信原理和前面講述的方法一致。在加載過程中,上位機(jī)首先將程序搬移到DSP的片內(nèi)RAM,然后再將程序的人口地址寫到DSP的數(shù)據(jù)空間007FH內(nèi),DSP一旦監(jiān)測(cè)到007FH處的數(shù)據(jù)不再為0即判斷為代碼轉(zhuǎn)移完畢,并跳轉(zhuǎn)到007FH里存放的地址去執(zhí)行,從而完成啟動(dòng)。采用HPI加載方式不僅免去了外接E2PROM或FLASH等掉電非易失性存儲(chǔ)器件,而且可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理要求不同載入不同的下位機(jī)程序,從而簡(jiǎn)化了硬件結(jié)構(gòu),增加使用的靈活性,是本系統(tǒng)理想的自舉加載模式。
4 結(jié)語(yǔ)
實(shí)踐證明,該方案所用硬件簡(jiǎn)潔,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸可靠。本系統(tǒng)由于具有高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,可廣泛應(yīng)用于語(yǔ)音處理、數(shù)字加密、圖像處理、多路數(shù)據(jù)采集處理等領(lǐng)域,可升級(jí)能力強(qiáng),具有很廣闊的應(yīng)用前景。