摘 要： 結(jié)合主機并行接口(HPI)的設(shè)計經(jīng)驗，詳細(xì)討論了DSP和主機(HOST)通過Enhanced 8bit HPI自舉引導(dǎo)的通信方案。
關(guān)鍵詞： 主機并行接口 個人計算機 自舉引導(dǎo)
隨著信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，DSP已經(jīng)成為首選的數(shù)字信號處理芯片，如許多手機和硬盤中都嵌入了DSP芯片。目前的系統(tǒng)已經(jīng)很少有單機系統(tǒng)，因此如何實現(xiàn)DSP與其他機器之間的通信是個關(guān)鍵問題。主機并行接口(HPI)為用戶提供了高速的并行接口，使DSP擁有最優(yōu)的工作效率，也使得HOST CPU有更強大的控制權(quán)。
1 資源環(huán)境簡介
TMS320VC5402是TI公司推出的一款高性能、低功耗定點DSP，廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)以及無線通信領(lǐng)域。其CPU具有增強的多總線哈佛結(jié)構(gòu)，速度為100MIPS，片內(nèi)有4KB ROM和16KB雙訪問RAM。片上其他硬件資源主要有可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、鎖相環(huán)（PLL）發(fā)生器、二路多通道緩沖串行口(McBSP)和增強型8bit并行主機接口(HPI-8)等。
該方案中HOST為PC機。PC的I/O并口(常用做打印機接口)端口地址為0x378～0x37A，0x378是數(shù)據(jù)口基地址，0x379為狀態(tài)口地址，而0x37A為控制口地址[1]。在Windows2000操作系統(tǒng)下，系統(tǒng)不能直接對I/O端口的讀寫操作，而WIN98可以直接對I/O端口讀寫操作。本文中所討論的引導(dǎo)方案是在WIN98 實模式DOS環(huán)境下實現(xiàn)的。需注意的是PC的0x378數(shù)據(jù)端口對應(yīng)的輸出芯片是74LS374。對于非增強型并口(SPP)只能輸出數(shù)據(jù)，不能讀取外部數(shù)據(jù)，讀操作所讀的數(shù)據(jù)只能是前一次PC機所寫的數(shù)據(jù)，如需讀取數(shù)據(jù)可在CMOS中將其設(shè)置為EPP。
TMS320VC5402的8bit HPI口為增強型。增強型HPI可訪問片內(nèi)所有RAM空間。在非主機獨占模式下訪問RAM時，HOST的HPI訪問一直和DSP同步，且HPI和DSP都有訪問權(quán)。HPI通過對3個寄存器HPIC(控制寄存器)、HPIA(地址寄存器)和HPID(數(shù)據(jù)寄存器)訪問片內(nèi)RAM。HOST用HCNT0/1引腳區(qū)分各寄存器，HBIL高低電平區(qū)分高低字節(jié)，HDS1/2和HAS產(chǎn)生內(nèi)部控制傳送信號。由于HPI為8bit，所以每次都是傳送２字節(jié)再組成內(nèi)部的1個字(具體控制見后面程序)[2]。DSP/HPI工作時序圖如圖1所示。
2 引導(dǎo)及程序?qū)崿F(xiàn)
DSP上電后，當(dāng)MP/MC為低電平時，DSP開始執(zhí)行片內(nèi)自舉引導(dǎo)程序。先清除IFR，置HINT為低，再檢測INT2位是否置位(置位可通過將ＨINT和INT2相連實現(xiàn))，如置位則進(jìn)行HPI引導(dǎo)，HOST按照圖1的時序?qū)?yīng)用程序或數(shù)據(jù)以字(分為2字節(jié))為單位下載到RAM。下載完后再在0X7F寫入程序入口地址。該過程中DSP將一直檢測0X7F是否為0，如不為0，則跳轉(zhuǎn)到該地址（0X7F中的內(nèi)容）執(zhí)行程序。DSP在該過程中執(zhí)行以下代碼[3]：
??；從VC5402 ROM中截取的程序
ssbx intm；屏蔽所有中斷
stm #0FFFFh，@ifr ??；清除所有 IFR 標(biāo)志
stm #0，@HPIentry ??；設(shè)置HPI入口點(0X7F)的值為0
stm #08h，hpic ；置HINT為低
bitf @ifr，#int2msk ；檢查INT2標(biāo)志位是否置位
bc HPI，tc；如果INT2置位則進(jìn)行HPI引導(dǎo)
……
HPI
ldm HPIentry，a ；獲取HPI入口向量
bc hpiboot，aneq ；如果0x7F內(nèi)容不為0，
??；則進(jìn)行HPI引導(dǎo)
b ＄-3；否則一直循環(huán)
PC機并行打印口和DSP/HPI通信原理圖如圖2所示。由于PC機的并口輸出TTL電平，而DSP可接受的最高電平是3.6V，故需要電平轉(zhuǎn)換，圖中芯片SN74LVC16245就是起電平轉(zhuǎn)換作用的。此外，圖2中DSP的HINT和INT2相連(以選擇HPI引導(dǎo))，PC的STROBE(打印口引腳1)接DSP的HBIL，BUSY(打印口引腳11)接HRDY，AUTOFE(打印口引腳14)接HCNT0，INIT(打印口引腳16)接HDS1和SLCTIN(打印口引腳17)接HCNT1。
在圖2的電路基礎(chǔ)上開始HPI自舉引導(dǎo)。首先HOST初始化HPIC，向HPIC發(fā)送2個相同的8位數(shù)據(jù)的控制字。HPIC初始化完成后，HOST開始寫HPIA(HPIA存放數(shù)據(jù)地址)。在上述2個寄存器初始化都完成后，HOST便可向DSP的RAM寫數(shù)據(jù)。實際上HOST通過寫HPID，然后DSP按照HPIA指定的地址，自行將HPID的數(shù)據(jù)寫到片內(nèi)RAM，且該過程對用戶完全透明。
地址寄存器HPIA有多種模式，可選是否自動增加，即可以只寫1次HPIA且設(shè)定HPIA自動增加，此后便不用寫地址即可實現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)的寫入或讀出。在該引導(dǎo)過程中，HBIL引腳為低電平時，表示HOST傳送的是第1字節(jié)，而當(dāng)HBIL引腳為高電平時，傳送的是第2字節(jié)。與其相配合的HPIC控制寄存器的BOB位為1時，將傳送第1字節(jié)并將其放在RAM的低8位，第2字節(jié)放在高8位；當(dāng)BOB位為0時置放順序顛倒。
下面是實現(xiàn)HOST(PC機)控制HPI進(jìn)行自舉引導(dǎo)的程序，主要由以下3個函數(shù)完成：(1)write_port_a( )函數(shù)實現(xiàn)向地址寄存器HPIA寫地址字。(2)write_port_d( )函數(shù)實現(xiàn)向DSP的RAM寫數(shù)據(jù)字。(3)write_port_c( )函數(shù)實現(xiàn)向控制寄存器HPIC寫控制字。其自舉引導(dǎo)程序如下：
#define PORT_D 0x378 //PC數(shù)據(jù)口
#define PORT_S 0x379 //PC狀態(tài)口(其中輸出STROBE，
//BUSY和SLCTIN的數(shù)據(jù)反向)
#define PORT_C 0x37a//PC控制口（其中BUSY反向）
write_port_a(int write_data)//向HPI的HPIA寫1個字
{
_outp(PORT_C，0x0009)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=0 hds1=0
_outp(PORT_D，write_data)；//輸出數(shù)據(jù)低8位
_outp(PORT_C，0x000d)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=0 hds1=1
_outp(PORT_C，0x0009)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=0 hds1=0
read_data=_inp(PORT_S)；
while(1) { if((read_data&hrdy)＜1) break；
else read_data=_inp(PORT_S)；}
_outp(PORT_C，0x0008)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=1 hds1=0
write_data=write_data>>8；
_outp(PORT_D，write_data)；//輸出數(shù)據(jù)的高8位
_outp(PORT_C，0x000c)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=1 hds1=1
_outp(PORT_C，0x0008)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
//hbil=1 hds1=0
}
write_port_d(int write_data)//向HPI的HPID，即向RAM
//寫1個字，地址非自動增加
{
_outp(PORT_C，0x0003)；//控制口hcnt1=1 hch0=0
//hbil=0 hds1=0
……
}
函數(shù)write_port_d( )類似于函數(shù)write_port_a( )，只需將操作HPIA的程序中的hcnt1/0改變，在寫控制數(shù)據(jù)時所有數(shù)據(jù)值減6，即可省略部分程序。
write_port_c(int write_data)//向HPI的HPIC寫1個字，
//要求該字中是2個完全相同的字節(jié)
{
_outp(PORT_C，0x000b)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=0
//hbil=0 hds1=0
……
函數(shù)write_port_c( )類似于函數(shù)write_port_a( )，只需將操作HPIA的程序中的hcnt1/0改變，在寫控制數(shù)據(jù)時所有數(shù)據(jù)值加2，即可省略部分程序。
利用上述3個函數(shù)，PC機可以將1組每字16位的數(shù)據(jù)寫到DSＰ的RAM里。但要注意先初始化控制寄存器HPIC，控制主機寫進(jìn)去的每個字的2個字節(jié)如何組成RAM里的1個字，否則將會產(chǎn)生錯誤。如把第1個字節(jié)放在低8位，第2個字節(jié)放在高８位，即BOB位為1?？赏ㄟ^下面語句實現(xiàn)：
write_port_c(0x0101)；
該函數(shù)初始化控制寄存器HPIC，以使HPIC中的BOB位為1，XHPIA為0。
3 將完整的應(yīng)用程序全部寫進(jìn)DSP
將一個完整的應(yīng)用程序按每字16位寫到RAM中后，要實現(xiàn)自舉引導(dǎo)還需改變0X7F的內(nèi)容，使其指向程序入口地址。寫完后DSP將自動轉(zhuǎn)向應(yīng)用程序并運行。
write_port_a(0x7f)；
write_port_d(0x3000)；//假設(shè)0x3000為程序入口點
下面討論如何將一個含多個段的可執(zhí)行COFF文件轉(zhuǎn)化為程序所需的格式[4]。例如將test.asm源程序鏈接并編譯生成test.out文件，而該程序有.text段和.data段。其方法：用hex500.exe轉(zhuǎn)換工具將test.out生成2個16位的HEX文件，分別對應(yīng)text段和data段。其命令文件如下：
test.out//輸入文件
-I//生成Intel格式
-memwidth 16//存儲器數(shù)據(jù)寬度
ROMS
{
PAGE 0：
ROM1：origin=0x3000，length=0x2000，romwidth=16
files={t1.dat} //text段起始地址為0x3000
PAGE 1：
ROM2：origin=0x80，length=0x1f80，romwidth=16
files={t2.dat} //data段起始地址為0x80
}
SECTIONS //如有多段就可增加多個ROM
{
.text： paddr=0x3000
.data： paddr=0x80
}
再通過編程實現(xiàn)將t1.dat和t2.dat連續(xù)寫入RAM，完成后再將0x7F的內(nèi)容寫成0x3000就可以實現(xiàn)引導(dǎo)。
4 探討和總結(jié)
以上討論的是增強型8bit HPI，HOST通過該HPI只能訪問片內(nèi)RAM空間。如要訪問所有存儲器空間，DSP必須再次引導(dǎo)。先執(zhí)行本身片內(nèi)ROM中的引導(dǎo)程序?qū)OST的二次引導(dǎo)程序代碼下載到片內(nèi)RAM，再通過執(zhí)行二次引導(dǎo)程序訪問其他非片內(nèi)數(shù)據(jù)。HPI 自舉引導(dǎo)本身也是一種數(shù)據(jù)通信，在本方案中已詳細(xì)地討論了HPI的自舉引導(dǎo)。
現(xiàn)實應(yīng)用中通常為多機系統(tǒng)，由于DSP的控制能力不很強，通常只是作為信號處理器，其信息及控制數(shù)據(jù)通常來自主機。而增強型HPI具有高速數(shù)據(jù)通信速率，且通信控制方式簡單。故HPI是DSP與其他機器通信的一種良好途徑。
參考文獻(xiàn)
1 錢曉捷，陳濤.微型計算機原理及接口技術(shù).北京：機械工業(yè)出版社，1999
2 TMS320C54x DSP Reference Set，Volume 5：Enhanced Peripherals.Texas Instruments Incorporated(SPRU302) Copyright(C)，2001
3 TMS320C54x Assembly Language Tools User′s Guide (SPRU102).TMS320VC5402 and TMS320UC5402 Bootloader.Texas Instruments Incorporated(SPRA618) Copyright(C)，2001
4 劉益成.TMS320C54X DSP應(yīng)用程序設(shè)計與開發(fā).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002