‘54x系列DSP與計算機并口通信的設計方案

http://www.104case.com/article/201612/332848.htm

數字信號微處理器（DSP）是近十幾年來興起的一項新技術。DSP以其速率快、功能強的特點，逐漸進入傳統單片機所占據的工業和消費領域。TMS320C54x（簡稱為'54x）是德州儀器公司（TI Inc.）繼TMS320C1x、TMS320C2x、TMS320C5x之后推出的新一代高性能DSP芯片。該系列芯片具有低功耗、高性能、性能價格比高等優點，廣泛應用于圖像處理、語音處理、儀器儀表、通信、多媒體及軍事等領域。

在眾多以PC機為終端的數據采集和控制系統中，由于通信協議的嚴格性導致外圍的微處理器除需完成數據采集、控制等工作外，還需要擔負起與PC主機通信、傳遞數據等任務。這種負擔在高速的數據采集中顯得就更為突出。解決的方法多數是增加專用于主機通信的器件。'54x由于集成了眾多強大的功能，不僅可以實現高速數據采集和控制，幾乎還可以完成不增加負擔地與主機進行通信。

1 '54x的主要特點

以高速、低功耗為特征的'54x系列采用了先進的改進型哈佛結構，具有分離的數據總線和程序總線，片內集成了ROM、RAM和多個外設，如通用I/O口、定時器、時鐘發生器、軟件可編程等待狀態發生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲器存取控制器（DMA）和與外部處理器通信用的主機接口（HPI，Host Port Interface）。

2 '54x的主機接口（HPI）

'54x中的主機接口（HPI）主要有三種：標準8位HPI-8接口、增強型8位HPI-8接口和16位HPI-16接口。其中'542～'549內含標準型HPI-8，'5402、'5410內含增強型HPI-8，'5410以上為HPI-16；而'5409、'5416的HPI可以由用戶設置為增強型HPI-8或HPI-16、增強型比標準型更優越之處主要在于，增強型允許主機訪問DSP內部的所有片內RAM，而標準型只能訪問RAM區中指定的2K字。

以TMS320VC5410（簡稱為'5410）包含的增強型HPI-8接口為例，它與外部主機或微處理器的連接如圖1所示，其具有單獨的8根數據線HD0～HD7和10根控制線。控制信號的時序邏輯如圖2所示。主機主動通過HPI口訪問DSP，除了對主機發中斷（通過置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線有效）或清除主機發來的中斷（通過清HPIC寄存器的DSPINT標志）需要DSP干涉外，'5410的CPU幾乎不用進行其他操作，片內的DMA通道會自動輔助完成RAM區和HPI數據寄存器的數據傳輸。主機由HCNTL0/1線來確定選擇HPI的某個控制寄存器，如表1所列。通過對這4個寄存器的訪問，就可以在所設安全機制的允許范圍下讀/寫DSP的所有或部分片內RAM。

表1 HCNTL0/1的選擇功能描述

由于DSP最小的存儲單位是字（16位），因此對于HPI-8，每個的傳遞必須要有2個傳遞周期才能完成。HBLL信號用于區分傳遞的字節是當前字的第一字節還是第二字節。通過設置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節是這個字的高字節還是低字節。

通過HPI實現程序下載屬于'5410程序加載的五種途徑之一。在需要與主機連接的應用設計中，采用HPI程序加載方式可以使電路設計簡化，省去外部并行或串行的ROM或FLASH程序存儲器。

3 增強型HPI-8與主機并口的連接

'5410具有C54x系列的大部分特點，它包括3個多通道緩沖串口（McBSP）六通道DMA、8位增強型主機接口HPI-8、增強型外部并行接口（XIO2）、16K字的片內ROM、56K字的片內RAM等，可以說是一個功能強大的微處理器。

在實現DSP與計算機主機的并口通信時，將主機并口的工作模式設置在擴展功能（ECP）模式下，在通信速率要求不高的場合，可以將其設置為PS/2模式。PS/2模式是在SPP基礎上擴展的雙向傳輸模式，以字節為單位讀/寫數據。

在一些DSP與主機并口通信的設計中，采用了CPLD來產生接口時序，這種方式除了加大電路成本外，還給設計增加了復雜度。事實上，利用幾個簡單的邏輯門就可以實現DSP與主機的并口通信。

對于DB25的主機并口線，Data0～Data7作為雙作為HDS1控制信號，AudoFd、SelechIn分別作為HCNTL0/1信號。Init作為HR/W控制信號。HBIL信號由Strobe信號觸發J-K觸發器翻轉。考慮到HPI的程序加載功能，利用J-K觸發器將SelectIn和AutoFd信號邏輯組合得到對DSP的RESET復位控制。另外，'5410的I/O口線為3.3V CMOS電壓，而并口則通常為5 V TTL電壓。因此，為達到電平匹配，在兩級之間增加了電壓轉換的緩沖器SN74LVC245。具體電路設計如圖5所示。

HCNTL0/1的狀態變化規則如圖4所示。可以看出，只有當HCNTL1為1，HCNTL0由0變1時，才會觸發復位狀態的翻轉。所以，當需要從寄存器HPIA切換到非增HPID時，為避免觸發復位狀態翻轉，HCNTL1/HCNTL0應以10-00-01-10的方式進行轉換。

4 程序設計

4.1 主機程序

主機程序主要完成HPI寄存器的選擇、時序的構建和數據讀/寫等。限于篇幅，此處只列舉主機讀DSP片內RAM存儲區的時序構建及其與DSP間的通信握手。其中，p_DATA、p_STATUS、p_CONTROL分別代表LPT1的數據寄存器、狀態寄存器和控制寄存器。ECP擴展控制寄存器ECR的bit7～5設置為'001'。HPI的HPIC寄存器BOB位設置為'0'（第一字節為高字節）。

/*讀/寫HPI寄存器，讀/寫的'字'存放在*data和*（data+）,

r_w為0時代表寫，為1時代表讀。*/

void HPIregRW（char*reg,BYTE*data,BYTEr_w）

{

BYTE test;

BYTE CRW=0x00|(r_w<<5);

int i_HBIL=0;

/*切換選擇HPIC、HPIA、HPID_I、HPID_n寄存器之一*/

if(strcmp(reg,"HPIC"==0)

{

ChangeCONTROL(0x0b|CRW);

//ChangeCONTROL(BYTE bValue)

}

else if(strcmp(reg,"HPIA"= =0)

ChangeCONTROL(0x03|CRW);

else if(strcmp(reg,"HPID_I"= =0)//采用自增地址主機寫

ChangeCONTROL(0x09|CRW);

else if(strcmp(reg,"HPID_n"= =0) //主機寫

ChangeCONTROL(0x01|CRW);

else

{

printf("Wrong register for HPI write.";

exit(-1);

}

outp(p_CONTROL,CONTROL);

if((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0) //如果HBIL！=0

{

ChangeCONTROL(0,0); //重載函數

//ChangCONTROL(BYTE bit,BYTE bValue)

_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=0

ChangeCONTROL(0,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL); //HDS1=1

}

/*開始時序的準備*/

while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0

//（lst byte）

if(r_w)//讀

{

//在HPIR/W的上升沿對數據線采樣（第一字節）

ChangeCONTROL(2,1);

-outp(p_CONTROL,CONTROL);

ChangeCONTROL(0,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0, //采樣HCNTL0/1,HR/W，HBIL

while(_inp(p_STATUS)&0x10= =0); //若HDRY=0，//等待；HDRY=1，繼續

ChangeCONTROL(0,1);

outp(pCONTROL,CONTROL);//HDS1：0->1； //鎖存第1字節，然后HBIL=1

*(data++)=_inp(p_DATA);

while((_inp(p_STATUS)& 0x08)= =0); //等待HBIL//=1(2nd byte)

ChangeCONTROL(2,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);

//在HPIR/W的上升沿對數據線采樣（第二字節）

ChangeCONTROL(2,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);

ChangeCONT^ROL(0,0);

_outp(p_CONTROL,CONTROL);//HDS1:1->0,

//采樣HCNTL0/1，HR/W，HBIL

while(_inp(p_STATUS)&0x10)= =0);//若HDRY=0//等待，HDRY=1繼續

ChangeCONTROL(0,1);

_outp(p_CONTROL,CONTROL)；//HDS1：0->1; //鎖存第2字節，然后HBIL=0

*（data- -=_inp(p_DATA);

while((_inp(p_STATUS)&0x08)!=0); //等待HBIL=0

（lst byte）

ChangeCONTROL(2,0);

_outp(p_CONTROL，CONTROL)；

}

else//寫{（略）}

}

…

void main(void)

{

/*HPI初始化*/…

/*等待DSP給主機發中斷HINT（查詢方式）后，從DSP讀數*/

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷

/*讀取DSP片內RAM區數據*/

for(i=0;i

{

HPIA=resultAddr++;//resultAdd：要讀取的RAM數//據區起始地址

WriteHPIreg("HPIA",HPIA)；

while((_inp(p_STATUS)&0x40)！=0)；//等待DSP發//送HINT有效信號（握手信號）

//調用讀RAM區數據的函數，并寫入創建的文件data.dat

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清HINT中斷

WriteHPIreg("HPIC",0x0404); //主機發送DSINT有//效給DSP（握手信號）

}

WriteHPIreg("HPIC",0x0808); //清NINT中斷

}

試驗證明，主機并口的讀取速度遠低于DSP的執行速度，因此，程序子函數中的一些等待查詢指令可替略。在主函數main（）中，如果讀取的DSP數據是靜態的，不需實時提供，則這樣的指令也可以省略。

4.2 DSP的握手程序

在實際情況中，需要傳遞的數據大都由DSP實時處理得到。一邊處理一邊傳輸可以大大提高系統的整體效率，而且由于HPI工作的特點，傳輸幾乎可以不占用DSP的時間。唯一需要DSP干預的是數據準備好后通知主機接收（通過HINT中斷）。這項任務可以放大DSP的DSPINT中斷服務程序中進行其程序簡要如下：

.mmregs

.include "vectors.h"

dataarea .usect "COMMS",100h,1;所需傳遞的數據塊區間

HOSTACK.macro

hack ldm hpic,a ;累加器A載入HPIC值

and #08h,a ;屏蔽HINT的其他位

bc hack,aneq ;判斷HINT的狀態，直到HINT

；位為0（即主機清HINT標志）

.endm

.text

start:stm #00a0h,pmst;設置IPTR寄存器

stm #0000h,st0 ;設置ST0、ST1寄存器

stm #2800h,stl

stm #0010,tcr ;關閉計時器

stm #0ffffh,ifr ;清除所有的中斷標志位

stm #0300h,imr ;使能DSPINT中斷

stm #280h,sp ;初始化堆棧指針SP為280h

HOSTACK ;檢查主機是否清HINT標志

stm #0ah,hpic ;置HINT位，向主機發送

;HINT有效信號，告知第一個數已準備就緒

rsbx intm ;開啟中斷

wait: b wait ;主程序（此處為死循環）

hpi: stm #0ah,hpic ;當主機取完數后置DSPINT

；位，進入DSPINT中斷服務程序

rete ;DSP向主機發送NINT握手

；信號，通知下一個數已準備好

.end