HPI方式自舉在TMS320VC5402 DSP芯片上的實現

當前,數字信號處理器(DSP)芯片以其強大的運算能力在通信、電子、圖像處理等各個領域得到了廣泛的應用。使用DSP的系統可以按處理器使用的數目分為單處理器系統和多處理器系統。單DSP的系統盡管結構簡單,但系統的功能將不可避免地有所限制。由于DSP的控制功能不是非常強大,在應用中往往不得不把DSP作為目標系統專門負責復雜的運算,而另外使用一個主機(PC機或是單片機)對整個系統的運行實行控制。所以,在使用DSP的多處理器系統中,主機(單片機、PC機、另一個DSP芯片)與目標系統 DSP的數據交換就成為應用系統設計中必須考慮的重要問題。

1 主機接口的傳統解決方案

解決主機與目標系統的數據交換是一個非常復雜的問題。傳統的方式是采用 DMA(Direct Memory Access)或全局存儲器(Global Memory)完成多機系統中的數據共享。在DMA方式下,讀寫共享內存必須要求其它處理器處于停止工作的狀態,所以DMA共享存儲器的方式往往不為人所用。全局存儲器是多個處理器共享的存儲器。在使用全局存儲器的應用系統中,DSP的地址空間被分成局部塊(Local Section)和全局塊(Global Section)。局部塊用于完成處理器自己的工作,而全局塊則用來完成與其它處理器的通信工作。在TMS320C5x器件中,使用全局存儲器分配寄存器GReg完成對全局內存的管理工作。GReg指定部分DSP內存為全局內存。比如,TMS320C5x器件能夠分配全局數據內存空間,并通過BR(Bus Request)和 hcs控制信號實現與該內存的通信。當需要尋址全局內存空間時,BR和hcs信號變低電平。于是外部邏輯進行全局內存控制權的裁決,裁決的結果將通過選通信號通知某個TMS320C5x,從而使該DSP現在就擁有對全局內存的控制權。顯然,使用全局內存的方式來完成多DSP的共享數據通信是非常方便的。但是,應用系統往往由單片機作為主機,DSP作為目標系統構成。由于當前使用最多的單片機往往是8位機,使用16位機的共享內存完成主機與DSP的數據交換不是處理太復雜就是資源利用不充分。為了解決DSP與低檔 8位主機的數據交換問題,TI公司在TMS320C54x系列中使用了HPI接口。HPI將以往一些需片外實現的功能集成在片內,簡化了與主機的連接,同時主機可以達到很高的訪問速度。該HPI端口在TI TMS320C6x系列的器件中也得到了保持,且功能有所增強。

2 TMS320VC5402的HPI

TMS320VC5402是TI公司的54X系列定點DSP,具有低功耗、高性能的特點。

CPU 增強的多總線結構,三條獨立的16bit數據存儲器總線和一條程序存儲器總線;40bit運算邏輯單元(ALU),包括一個40bit的桶形移位器和兩個獨立的40bit累加器,17bit×17bit并行乘法器;連接一個40bit的專用加法器,可用來進行非流水單周期乘/加(MAC)運算;比較、選擇和存儲單元(CSSU)用于Viterbi運算器的加/比較選擇;指數編碼器在一個周期里計算一個40bit累加器的指數值;兩個地址發生器中有八個輔助寄存器和兩個輔助寄存器運算單元(ARAUs);數據總線具有總線保持特性。

存儲器 擴展地址模式可最大尋址到1M×16bit外部程序空間,4K×16bit片上ROM,16K×16bit雙訪問片上RAM。

指令集 支持單指令循環和塊循環,存儲塊移動指令提供了高效的程序和數據存儲器管理,支持32bit長字操作數指令,支持兩個或三個操作數讀指令,支持并行存儲和并行加載的算術指令、條件存儲指令和中斷快速返回,支持定點DSP C語言編譯器。

片上硬件資源 軟件可編程等待狀態發生器和可編程存儲單元轉換,連接內部振蕩器或外部時鐘源的鎖相環(PLL)時鐘發生器,兩個多通道緩沖串口(McBSPs),增強型8bit并行主機接口(HPI8),兩個16bit定時器,6通道直接存儲器訪問(DMA)控制器。

電源 低功耗,工作電源有3.3V和1.8V(內核),用節電模式的IDLE1、IDLE2及IDLE3指令做功率控制,可禁止CLKOUT信號。

速度 在3.3V供電(1.8V核心電壓)下單周期定點指令的執行周期為10ns(100MIPS)。

仿真 符合IEEE1149.1邊界掃描邏輯標準的片內掃描仿真邏輯接口。

TMS320C54x系列DSP芯片中的HPI,能夠順序傳送或隨機傳送數據,產生HOST中斷和C54x中斷,接口靈活,并可通過DMA總線訪問片內RAM。當TMS320 C54X與主機(或主設備)交換信息時,HPI是主機的一個外圍設備。HPI有8根數據線HD(0～7),在TMS320C54x與HOST傳送數據時,HPI能自動將外部接口傳來的連續數據組合成16位數后傳送給DSP。如果HOST和DSP競爭同一個地址,則HOST優先,DSP等待一個HPI周期。

TMS320C54x系列發展到TMS320VC5402的時候,其HPI已經得到了增強,被稱為HPI-8。和TMS320C54x系列前幾款芯片中的標準HPI相比,HPI-8在幾個方面有所不同,見表1。

HPI-8的使用是通過對HPIA、HPIC和HPID三個寄存器賦值實現的。HPIA是地址寄存器,HPIC是控制寄存器,而HPID是數據寄存器。簡單地說,HOST通過外部引腳HCNTL0和HCNTL1選中不同的寄存器,則當前發送的8位數據就送到該寄存器。在使用上,由于HPIC是16位寄存器,而HPI-8是8位的數據寬度,所以在HOST向HPIC寫數據時,需要發送兩個一樣的8位數據。而地址寄存器HPIA選擇后,直接向它寫數據就可以了,但是要注意MSB和LSB的順序。另外,HPIA具有自動增長的功能,在每寫入一個數據前和每寫入一個數據后,HPIA會自動加1。這樣,如果使能了該功能,只需設定一次HPIA即可實現連續數據塊的寫入和讀出。數據寄存器HPID,嚴格說應該叫做數據緩沖寄存器,因為最終數據是要寫到片內RAM的。只是在實現上,數據首先從HOST發到HPID中,然后根據HPIA指定的地址,HPID中的數據再寫到片內RAM的地址中。不過對用戶而言,該過程是透明的。