基于USB2.0總線的TMS320VC5402 HPI自舉的實現

引言

當前，dsp（digital signal processor）芯片已經廣泛應用于通信、信號處理、雷達、圖像處理等多個領域，其強大、高效的運算能力，是其他微處理器無法比擬的。為充分發揮dsp運算高效的優勢，用戶程序通常在dsp內部ram中運行，這就需要利用dsp的自舉引導（boot loader）功能。在dsp多機系統中，hpi自舉是首選。目前，采用hpi自舉的實例主要有兩種，一種是用單片機作為主控制器，通過pc機串口或者外掛的存儲器得到要下載的dsp用戶程序數據，這種方案無法實現系統與pc機之間數據的實時高速傳輸；另一種是用pc機并口里控制dsp hpi接口，從而把程序寫入dsp 的內部ram，該方案無法滿足嵌入式系統的即插即用要求。

usb接口具有即插即用，速度快（最高可達480mbps）等特點，可成為pc機的外圍設備擴展中應用日益廣泛的接口標準，基于usb總線對dsp實現hpi自舉，可以降低成本，也便于dsp與pc機的高速數據通信，鑒于此種考慮，本文介紹一種利用usb2.0接口控制芯片（cy7c68013－56pvc）實現tms320vc5402自舉的實現方案。

芯片介紹

usb2.0芯片及其gpif簡介

本方案采用的usb2.0接口控制芯片是cvpress公司的cy7c6801356pvc，該系列芯片是世界上第一款支持usb2.0的集成微控制器芯片，它集成有usb2.0收發器、智能串行接口引擎（sie）、增強的8051微處理器，通用可編程接口（gpif）、片上ram和fifo存儲器[1]。該系列芯片的智能引擎也支持usb1.1協議，因此，它具有很好兼容性。

cy7c68013與外設有主/從兩種接口方式：可編程接口gpif和slave fifo，可編程接口gpif是一個微狀態機[2]，可由軟件編寫讀寫控制時序，也可以作為usb fifo的主控制器與dsp進行無縫連接，gpif可工作在自動模式，usb總線和gpif接口域直接進行數據傳輸，無需8051內核直接參入，以此解決usb2.0高速傳輸的“瓶頸”問題，gpif與8051內核關系如圖1所示。

dsp芯片及其hpi簡介

tms320vc5402是ti公司的一款性價比極高的低功耗定點數字信號處理器（dsp），該芯片的主機接口（hpi，host port interface）被稱為hpi－8。這種hpi－8接口的最大特點是它允許主機訪問dsp的整個片內空間。hpi接口通過hpi控制寄存器（hpic）、地址寄存器（hpia）數據寄存器（hpid）和hpi內存塊來實現與主機的數據通信。主處理器對hpi的訪問由內外兩部分組成，其中外部主要為主處理與hpi寄存器交換數據，而內部則用于為hpi寄存器與dsp存儲單元交換數據（由dma自動完成）。在進行數據地實時通信時，dsp與主機可以通過中斷信號進行握手。其具體實現可通過設置hpic寄存器的hint、dspint位來對對方進行中斷[3]。

硬件設計

設計原理

自舉從本質上說就是dsp上電后，在bootloader引導下，獲取應用程序并開始運行的過程，tms320vc5402上電以后，當mp/mc為低電平時，系統將從片內rom的off80h開始執行，此處的跳轉指令使程序跳轉至bootloader程序入口處（of800h處）。bootloader程序先清除ifr，并設置hpi入口點（0x7f）的值為0，置hint為低，再檢測int2是否置位(置位可以通過將hint和int2相連來實現），如置位則進行hip自舉[4]，具過程如圖2所示。

dsp復位之后，如檢測到hpi自舉方式有效，就可以進行hpi自舉引導，基于usb總線的hpi自舉，就是在bootloader引導下，通過usb接口控制芯片把程序數據由主機（pc）寫入dsp內部ram（daram）并使dsp開始運行的過程，該自舉過程分為三個步驟：一是寫hpic，以設置hpi控制參數；二是寫hpia，設置訪問dsp的首地址；三是通過hpid下載程序。

首先，推動ez－usb control panel下載cy7c68013的固件程序。當重枚舉結束，驅動程序（ezusb.sis）重新安裝成功后,在control panel中通過發送請求的方式由端點0向hpic（主要設置bob位，確定字節配合）發送兩個相同的8位控制字，而當hpic初始化完成之后，再通過端點0設置欲下載程序段到dsp中的首地址hpia。hpic、hpia設置好之后，就可以通過端點2下載dsp程序代碼段，程序代碼段需要分段下載，實際上，cy7c68013通過端點2把數據寫入hpid，然后，dsp按照hpia指定的地址，由dma自動將hpid中的數據寫到ram，接口控制時序可由gpif軟件編程控制，程序數據分段下載完畢之后，再將程序的入口地址通過端點0寫入0x7f處，在主機下載程序的過程中，dsp將一直檢測0x7f是否為0，如不為0，即判定dsp已由主機進行了hpi自舉加載，并按照該值跳轉pc指針，以開始運行，進而完成hpi自舉。

硬件電路

本設計用cy7c68013－56pvc與tms320vc5402的hpi口相連接，接口選擇gpif模式，硬件電路如圖3所示，該方案中，hcntl[1：0]與gpif的低位地址線pa3、pa2相連，以選擇需要訪問的hpi的hpia、hpic，hpid寄存器，ctl0接至hr/w，可作為讀寫控制信號，hds1與輸出信號線ctl1相連，以作為hpi訪問的選通信號，hbil與輸出信號線ctl2相連，已用于識別傳輸的是第一個字節還是第二個字節，hrdy接輸入信號線rdy0。用于通過主機查詢hpi口的狀態，hint、int2與int0連接，可確保hpi自舉有效，hcs接gnd，可使hpi片選信號有效，hpiena接高電平時，hpi使能，has、hds2接高電平時，信號線禁用。數據線pd[7：0]與hd[7：0]相連,可在控制時序作用下傳輸一切數據信號。hpi接口控制時序由ctl0、ctl1、ctl2引腳輸出，在自舉過程中，系統將關閉cy7c68013所有的中斷，若要通過中斷實現數據通信的握手，可以在自舉完畢打開cy7c68013的中斷。

cy7c68013的具體配置為：啟用gpif接口控制數據傳輸，gpif接口采用內部時鐘（48mhz）；端點2設置為批量傳輸輸出端點，最大傳輸值是512字節，雙緩沖；終端4、8禁用。端點6可作為批量傳輸輸入端點來向主機傳輸數據，需要說明的是端點6不是自舉所必需的。

軟件設計

dsp應用程序設計

實現tms320vc5402 hpi自舉的前提是生成dsp應用程序的分段hex代碼文件，在ccs中可用匯編語言，c語言等編寫應用程序源代碼，經匯編、鏈接、編譯后，生成可執行的公共目標文件格式（coff）的文件，coff文件不能用于hpi自舉引導，而需要利用ti公司的文件格式轉換工具hex00.exe，將coff文件轉換為hex格式文件[5]。格式轉換的關鍵是正確編寫hex命令文件，下面討論如何編寫這種命令文件，例如將包含text段的源程序鏈接、編譯生成test.out文件，編寫命令文件時，可利用hex500.exe將test.out轉換為對應text段的hex文件，命令文件test為.cmd如下：

－i 　　　　　//生成intel格式

test.out 　　//輸入文件

roms

{

page 0：rom1：org＝0x2000，length＝0x2000，romwidth＝16，memwidth＝16，

files＝{test1.hex} 　　//text段的起始地址為0x2000

}　　　//如有多端就可增加多個rom sections

{text：paddr＝0x2000}　//如有多端就可增加多個部分

在dos環境下，利用hex500.exe轉換命令文件test.cmd，就可得到test1.hex文件，通過cy7c68013把test1.hex文件寫入dsp內部ram，再把程序的入口地址寫入0x7f處，便可完成自舉。

usb固件程序設計

cypress公司提供有usb的輔助開發工具：ez－usb control panel，gpif designer。通過gpif designer可以生成gpif波形圖及相應的c源代碼gpif.c。cypress公司同時提供了固件程序框架，因而可把gpif.c加入固件程序框架進行開發，從而提高開發效率。本方案中，固件程序設計的重點是對gpif的編程，以便生成符合hpi接口的時序的波形描述代碼，以用于控制數據傳輸，hpi自舉需要的gpif控制波形描述符為：單字節寫（兩種），fifo寫。hpia、hpic的初始化需要單字節寫控制時序，程序代碼寫入hpid需要fifo寫控制時序，若要實現二者的數據通信，還需要單字節讀、fifo讀等控制波形描述符。

hpic、hpia的初始值是在ezusb control panel中通過制造商請求工具欄由ep0發送的，固件程序中還要有相應的請求處理程序，以完成具體的設置，如假定hpic請求類型的id為0xb6.hpic＝0x0101（bob位為1），則請求工具欄的具體參數應為：req＝0xb6，value＝0x0000，index＝0xbeef，length＝2，dir＝0，hex bytes＝0101，固件中應加入的請求處理程序為：

case 0xb6：

{epobcl＝0； 　　　　　　　　　//ep0使能

while（ep01stat＆bmep0bsy）； //等待epo數據接收完畢

while（！hpi_rdy）；　　　　　 //等待hpi處理完畢

ioa＝0x00；　　　　　　　　　　 //選擇hpic寄存器

gpifwfselect＝0x1e； 　　　　　//選擇寫低字節的單字節寫控制波形

while（！（gpiftrig＆0x80））

{；}

xgpifsgldatlx＝ep0buf[0]；　　 //寫低字節數據

gpifwfselect＝0x4e； 　　　　　//選擇寫高字節的單字節寫控制波形

while（！（gpiftrig＆0x80））

{；}

xgpifsgldatalx＝ep0buf[1]；　　//寫高字節數據

break；}

設置程序下載的首地址（hpia值）的請求處理程序與設置hpic的程序基本相同，只需按照請求類型的id，來改變訪問寄存器的地址即可，訪問hpia時，hcntl[1：0]＝10b，即ioa＝0x08。

訪問hpid下載程序數據時，可采用大端點ep2自動打包方式（autoin＝1），即將數據發送到端點后，自動傳到fifo中,等待寫hpid條件具備，再啟動gpif，以將程序數據寫入hpid，訪問hpdi可采用地址自動增加模式（hcntl[1：0]＝01b），寫數據前，地址自動加1，這樣，數據便可以經過dsp內部dma自動寫入內部ram，寫hpid的程序如下：

if（gpiftrig＆0x80） 　//gpif接口是否處于空閑狀態

{if（！（ep24fifoelgs＆0x02）） //自動向量是否可以訪問ep2fifo中數據

{ioa＝0x04； //選擇hpid寄存器，且訪問時地址自動增加

while（！hpi_rdy）； 　//等待hpi處理完畢

syncdelay；

gpiftcb1＝ep2fifobch； //寫入的字節數

syncdelay；

gpiftcb0＝ep2fifobcl；

syncdelay；

gpiftrig＝gpif_ep2；　 //啟動寫數據

syncdelay；

while（！（gpiftrig＆0x80） //等待寫入完畢

{；}

syncdelay；}}

這樣程序數據就可以分段通過端點2寫入dsp內部ram，最后再把入口地址寫入0x7f，以完成hpi自舉，值得注意的是，采用此種方式訪問hpid時，寫入hpia的初值為程序入口的一個地址，例如，寫test1.hex時，應設定hpia＝0x1fff。

為縮短開發周期，本設計采用開發包中通用驅動（ezusb.sys）和ezusb control panel進行開發、調試、也可以對通用驅動、控制面板的源程序在vc＋＋環境（需要ddk的支持）下進行二次開發，以便編譯出開發者滿意的驅動程序和上位機程序。

結束語

通過實踐證明，基于usb2.0總線dsp hpi自舉的方案是可行的，可以達到預期效果，該方案可以省掉外擴的eprom、flash及ram等程序存儲器，故可節約成本，也便于dsp軟件算法升級，而且符合嵌入式系統要求，有很好的應用前景，當然，該方案還有待進一步優化與增強，若要訪問外部存儲器，還需要編寫二次引導程序，以便通過該程序把內部存儲器中的數據編譯到外部存儲器，若需dsp與主機實時通信，則需要usb固件和dsp源程序中編寫相應的中斷服務程序。