发信人: champaign (原野), 信区: ECE
标  题: 一种先进的DSP主机接口技术 - HPI
发信站: 紫 丁 香 (Thu Jan 20 22:27:51 2000), 转信


引言：当前，数字信号处理（DSP）芯片以其高效的运算能力在通信、电子、图象处理
等各个领域得到了广泛的应用。使用DSP设计的系统可以按处理器使用的数目分为单处理
器系统和多处理器系统。单DSP的系统尽管结构简单，但系统的功能不可避免地将有所限
制。而且，由于DSP的控制功能往往不是非常强大（对于TMS320系列的DSP而言，往往只
有通用I/O引脚 和 ），在应用中往往不得不把DSP作为目标系统专门负责复杂的运算，
而另外使用一个主机（PC或是单片机）对整个系统的运行实行控制。另一方面，在一些
运算量过大的系统中又不得不采用多DSP的方法将运算分别处理。所以，在使用DSP的多
处理器系统中，主机（单片机、PC、另一个DSP芯片）与目标系统DSP的数据交换就成为
应用系统设计中必须考虑的重要问题。本文将对该问题作一定的讨论，并结合一个实例
重点介绍一下德州仪器公司（TI）生产的化时代的定点DSP芯片TMS320C54x对该问题所提
出的解决方案--HPI(Host Port Interface).
1． 主机接口的传统解决方案
解决主机与目标系统的数据交换是一个非常复杂的问题。传统地方式是采用DMA（direc
t memory access）或全局存储器（Global Memory）完成多机系统中的数据共享。但是
在DMA方式下，读写共享内存必须要求另一个处理器处于停止工作的状态。所以DMA的共
享存储器方式往往不为人所用。TMS320C5x是传统DSP芯片，不但有传统的DMA接口，而且
使用了全局存储器（Global Memory）的方法为解决该问题提供了2种选择。
所谓全局存储器即是由多个处理器所共享的存储器。在使用全局存储器的应用系统中，
DSP处理器的地址空间被分成局部块（local section）和全局块（global section）。
局部块用于完成处理器自己的工作，而全局块则用来完成与其他处理器的通信工作。在
TMS320C5x器件中，使用全局存储器分配寄存器GREG完成对全局内存的管理工作。GREG指
定部分DSP内存为全局内存（范围从256~32K）。TMS320C5x器件能够分配全局数据内存空
间并通过 （Bus Request）和 控制信号实现与该内存的通信。当需要寻址全局内存空间
时， 和 信号变低电平。外部逻辑于是进行全局内存控制权的裁决，裁决的结果将通过
 信号通知某个'5x，于是该DSP现在就拥有对全局内存的控制权。
显然，使用全局内存的方式来完成多DSP的共享数据通信是非常方便的。但是，应用系统
中往往使用单片机作为主机，DSP作为目标系统构成。而当前使用最多的单片机往往是8
位机。于是，使用16位的共享内存完成主机与DSP的数据交换不是处理太复杂就是资源利
用不充分。为了解决DSP与低档8位主机的数据交换问题，德州仪器公司在TMS320C5x系列
中的'LC57和'C57S中使用了HPI端口。而且该HPI端口在德州仪器公司最新推出的TMS320
C54x系列的器件中得到了保持。
2． TMS320C54x的HPI端口
HPI（Host Port Interface）为8位的主机与DSP的数据交换提供了最简便而有效的方案
。主机与DSP通过HPI接口不需要任何附加硬件，由于使用DSP的片内内存的一部分实现主
机与DSP的数据交换，所以也不需要提供外部RAM。DSP完全可以作为主机的外设进行工作
。主机的8位数据由HPI自动转化成16位的DSP数据，主机对HPI内存的访问是通过几个专
用的DSP寄存器来实现的，而DSP对这些寄存器则没有完全的访问权。
HPI有2种操作模式，共享模式SAM（shared-access mode）和HOM（host-only mode）。
一般操作选择共享模式SAM模式，在这种模式下，'54x和主机都可以寻址HPI内存，主机
的异步寻址在DSP内部实现同步；当发生'54x和主机寻址冲突（conflict）时，主机具有
寻址优先权，'54x将等待1个时钟周期。当'54x运行于40MHz的CLKOUT的条件下，使用共
寻址优先权，'54x将等待1个时钟周期。当'54x运行于40MHz的CLKOUT的条件下，使用共
享模式SAM可以达到64Mbps的数据速率。在HOM模式下，则HPI支持更高的数据传输速率（
同样在40MHz的CLKOUT的条件下可达160Mbps）。
2.1 HPI的结构
在TMS320C54x中，HPI内存是一块2K word的片内DARAM（Dual-Access RAM），该内存块
位于'54x的数据内存空间的1000h~17FFh处（也可以通过设置OVIL比特使该内存块位于'
54x的程序内存空间）。TMS320C54x对该HPI内存的访问完全就同访问其他一般内存一样
，而主机访问该HPI内存则必须通过HPI的寄存器来实现。
 下表是HPI寄存器的说明：
Table 2-1. HPI寄存器说明
Name DSP地址 说明
HPIA - HPI地址寄存器。只可以由主机直接访问。包含当前寻址操作针对的HPI内存地址
。
HPID - HPI数据锁存器。只可以由主机直接访问。其内容即主机通过HPI与DSP通信的数
据。
HPIC 002Ch HPI控制寄存器。可以由'54x和主机直接访问。包含HPI操作的控制和状态比
特。
对于主机方面而言，该2K word的HPI内存可使用地址0~07FFh来寻址。实际上，由于HPI
内存只有2K word，而HPIA是一个16位寄存器，所以只有HPIA的11LSBs在主机寻址HPI内
存时是起作用的。因此，对于主机而言，地址0000h,1000h,1800h,….,F800h其实都是寻
址HPI内存位置1000h处。
                          图1  HPI结构框图
在图1中的数据锁存（Data Latch）即为HPID寄存器；HPI控制寄存器（HPI control re
gister）即为HPIC；地址寄存器（Address register）即为HPIA寄存器。
为了与各种8位主机都能够很好地协同工作，HPI接口提供了各种与主机握手的控制引脚
。具体地说，HPI接口由8-bit的HPI数据总线（HD0~HD7）和一些控制单元构成。使用HP
I端口与主机接口可以参考图2。以下分别介绍一下HPI端口各个控制引脚的功能：
  ：Byte指示输入，可与主机的地址或控制信号连接。由于主机使用8位数据总线，而D
SP内处理的是16位数据和16位寄存器。HPI端口自动将主机的2个连续的byte组合成DSP的
16位word时必须知道当前byte是16位word中的第1还是第2个byte。 既完成这个功能。
 ：主机控制输入，可以与主机的地址线或控制线相连接。主机通过控制 信号来寻址 、
 、 寄存器。
 ：读/写输入，与主机的R/W选通脉冲、地址线或复用的地址/数据线相连接。为了确定
数据传输的方向，该输入信号是必须提供的。
 ：片选信号，与主机的地址或控制信号连接。
 , ：数据选通输入，与主机的读选通脉冲、写选通脉冲或数据选通脉冲相连接。如果主
机有分离的读、写选通脉冲，则可以分别与 和 相连接；如果主机只有数据选通脉冲，
则可以与 和 中的一个相连接，另一个则连高电平。由于在寻址HPI内存前须初始化地址
与寻址方式，所以主机对HPI的控制信号 、 和 必须在访问HPI内存前由TMS320C54x的内
部选通脉冲（图1-2中的internal strobe）进行锁存、采样。 , 和 3者实现该内部选通
脉冲的生成。
 ：地址选通输入，对于有复用地址和数据总线的主机（例如MSC-51系列单片机）可以把
该信号与主机的地址锁存使能信号ALE相连接。如果主机有分离的地址或数据总线，该输
入也可以不用（连接电平1）。
HD0~HD7：并行双向的三态数据总线，直接与主机的8位数据总线相连接。未输出的情况
HD0~HD7：并行双向的三态数据总线，直接与主机的8位数据总线相连接。未输出的情况
下为高阻态。
 ：主机中断输出， TMS320C54x可以通过写HPIC寄存器改变该引脚的输出，进而中断主
机的工作。该引脚可以与主机的外部中断输入相连接，对于主机和DSP的协同工作是非常
重要的。
     图2-2 通用系统框图
主机对HPI内存的寻址
在讨论HPI内存的寻址工作之前首先必须对主机访问HPI寄存器的过程及HPI的控制寄存器
HPIC有所了解。
表2-2  HPI输入控制信号功能选择说明
HCNTL0 HCNTL1 说明
0 0 主机读/写HPIC
0 1 主机读/写HPI数据锁存器HPID。每次读操作后HPIA自动增量，每次写操作前，HPIA
自动增量。
1 0 主机读/写HPIA（地址寄存器）。
1 1 主机读/写HPI数据锁存器HPID。HPIA不受影响。
从表2-2可以看到，主机控制HCNTL0/1来访问各个HPI寄存器。主机对HPI内存的寻址可以
采用自动增量方式（HCNTL0/1=01），在这种方式下，每次读HPI内存操作后HPIA自动增
量，每次写HPI内存操作前，HPIA自动增量。自动增量寻址方式为主机访问连续地址的共
享内存提供了便利。
 Table 2-3  HPI Control Register（HPIC）Bit Description
Bit Host
Access  '54x
Access  '54x
Access Description
BOB 读/写 - 该比特配合HBIL工作，如果BOB=1，则第1个进入HPI端口的byte将位于DSP
内部16位word的LSB；反之，则第1个byte 位于MSB。由于BOB影响HPIA，所以主机访问H
PI内存时，必须首先初始化HPIC，然后再初始化HPIA。只有主机可以改变BOB比特。
SMOD 读 读/写 SMOD选择HPI接口的工作方式。
SMOD=1, SAM方式；SMOD=0, HOM方式
当复位（Reset）操作过程中，SMOD=0；复位操作完成后，SMOD=1。'54x可以改变SMOD，
而Host则只可以读该比特。
DSPINT 写 - 主机中断DSP的信号；当主机对该比特写1，则'54x产生一次中断。无论是
DSP还是主机去读，总是读到0。
HINT 读/写 读/写 本比特决定'54x的 输出，而 可以用来产生主机的中断。复位后HIN
T=0，使外部 输出无效（高电平）。该比特只可以由'54x设置，也只可以由主机来清除
。'54x向HINT写1，导致引脚 有效。当外部引脚 无效（高）的情况下，'54x和主机读H
INT，读到的是0；而当 有效的情况下，读到的是1。对于主机而言，要清除HINT，只有
向HINT写1。无论是主机还是'54x，向HINT写0都无效。
主机对HPI内存的寻址必须通过HPI的寄存器（ 、 和 ）来实现，一般的步骤是：
1． 初始化HPIC
2． 初始化HPIA为主机希望寻址的HPI内存地址。
实现以上第1步初始化后，本次HPI内存访问的方式（SAM还是HOM、读还是写…）都已经
确定了；完成第2步初始化后，访问的地址也已经确定，该HPI内存地址处的数据自动进
入HPID寄存器；实现了以上2步之后，主机便可以通过读/写HPID来访问该HPI内存了。
3． HPI端口的应用实例
以下，我们通过一个具体实例的分析，说明一下HPI端口的具体使用方法。
在本例中，我们使用MSC-51系列的单片机87C51作为主机，使用TMS320C548完成数据的处
理工作。一般情况下，可以把DSP作为主机的外设挂于主机的地址总线上，但由于87C51
的控制引脚较多，所以我们采用了更简便的方法，使用87C51的控制引脚控制DSP的HPI端
口实现一个双机系统。系统框图如下：
从图中可以看到，本系统中，主机（87C51）对DSP的HPI接口的控制是通过单片机87C51
的控制端口Port1来实现的。P1.0~P1.3分别控制HPI端口的 、HBIL和 信号。单片机的端
口0是复用数据、地址总线，在本应用中只起到了数据总线的作用；端口2是地址总线的
高8位，在本系统中没有使用Port2。HPI接口的 , 分别接单片机的 和 引脚。本系统没
有使用 和 信号。TMS320C548用来锁存HBIL、 和 的内部选通脉冲由 , 生成。
由于本系统采用的连接方法丝毫没有使用单片机的地址线，所以事实上HPI中的各个寄存
器在单片机系统中并没有确定的地址。但是由于主机寻址HPI内存又必须写HPI寄存器，
所以可以为各个HPI寄存器假设一个单片机的地址。
以下，我们通过一个单片机读写HPI内存的例子来具体说明使用的方式。
o 首先，我们初始化HPIC为0000h。假设HPIC在单片机系统中的地址是0fffdh。
MOV  A，#0F0H ；11110000[HCNTL1/0=（00）说明寻址HPIC，HBIL=0说明是构成HPIC
；的第1个byte， =0说明写操作]
ANL  P1，A  ；P1&A=>P1，控制信号已经输出，还需要选通脉冲进行采样
MOV  DPH，0FFH ；为写HPIC初始化地址0fffdh
MOV  DPL，0FDH
MOVX @DPTR，00H  ；把00h写入HPIC的第一个byte；BOB=0、DSPINT和HINT=0
MOV A，#0F2H ；写HPIC的第2个Byte.
MOV A，#0F2H ；写HPIC的第2个Byte.
ANL P1，A
MOVX @DPTR，00H
o 初始化HPIA（希望读/写的HPI RAM的地址）为1000h，假设HPIA的地址为0fffeh，而且
HPI内存1000h、1001h处的数据分别是6ABCh、0ED23h。
MOV  A，0F8H ；向HPIA写第1个byte。HCNTL0/1=（01）表示寻址HPIA，HBIL=0
；表示是第1个byte， =0表示写操作。
ANL  P1，A
MOV  DPH，0FFH
MOV  DPL，0FEH
MOVX  @DPTR，10H ；由于初始化HPIC时令BOB=0，所以写入HPIA的第1个byte 10h是HPI
A
；的MSB。
MOV  A，#0FAH
ANL  P1, A ；向HPIA写第2个Byte.
MOVX  @DPTR，00H ；HPIA的LSB是00h
以上完成了对HPIC和HPIA的初始化工作，完成了HPIA的初始化后，DSP内部自动将HPIA所
指示地址处的数据送入HPID，在本例中，HPID中的数据是6ABCh。
o 采用自动地址增量的方式从当前HPIA位置处读入一数据至单片机。假设HPID的地
址是0ffffh。由于当前HPIA=1000h，也就是将HPI内存位置1000h处的数据6ABCh读入单片
机。
MOV  A，0F5H ；采用自动地址增量方式读HPID。
ANL  P1，A
ANL  P1，A
MOV  DPH，0FFH
MOV  DPL，0FFH
MOVX  A，@DPTR ；由于BOB=0，所以先读入的是'548的HPI RAM地址1000处的高8-bit，
06Ah.
；...可以在这里把读入的数据的高8_bit保存。
MOV  A，0F7H ；采用自动地址增量方式读HPID的第2个byte
ANL  P1，A
MOVX  A，@DPTR ；现在累加器A中是0BCh，并且由于采用了自动地址增量模式
；HPIA是1001h。
o 采用非自动地址增量的方式从当前HPIA位置处读入一数据至单片机。由于当前HPIA=1
001h，所以即从HPI内存地址1001h处读一word到单片机。
MOV  DPH，0FFH
MOV  DPL，0FFH
MOV  A，0FDH ；采用不改变HPIA的方式读HPID.第1个byte.
ANL  P1，A
MOVX  A，@DPTR ；由0ffffh处读入数据送A
；... 处理数据.
MOV  A，0FFH ；采用不改变HPIA的方式读HPID.第2个byte
ANL  P1，A
MOVX  A，@DPTR
读操作结束后HPIA的值仍为1001h。
o 不使用自动地址预增量的方式下，使用当前的HPIA写数据入HPI RAM。写入的数据保存
在由30h、31h为指针的MSC_51的外部 RAM中（假设该位置的数据为0EE67h）。现在的HP
IA=1001h，由于不使用自动模式，所以写入HPI RAM的数据即写入地址（C'54x内地址）
1001h处。所谓不使用自动地址增量模式即执行写HPID操作时HCNTL1/0是11。
MOV  R0，#30H
MOV  R1，#31H    ；需要使用R0和R1作为指针，如果是函数调用,则需保护现场。
MOV  DPH，0FFH
MOV  DPL，0FFH  ；访问HPID.在写操作之前,HPID内是当前HPIA处的数据6ABCh。
MOV  A，0FCH
ANL  P1，A    ；不使用自动地址预增量的方式下,使用当前的HPIA写数据入HPI RAM。
把需要输出到HPI RAM的数据送累加器A。
MOV  A，@R1 ；先送MSB，A=0EEh
MOVX  @DPTR，A ；A的内容送HPID
MOV  A，0FEH
ANL  P1，A
MOV  A，@RO ；送LSB,A=067h
MOVX  @DPTR，A
o  使用自动地址预增量的方式下,使用当前的HPIA写数据入HPI RAM。当前的HPIA是100
1h,由于使用了自动预地址增量模式，所以写入的数据其实是写在HPI RAM的地址1002h处
数据指针仍使用30h，31h。
MOV R0，#30H
MOV R1，#31H ；需要使用R0和R1作为指针，如果是函数调用,则需保护现场。
MOV DPH，0FFH
MOV DPH，0FFH
MOV DPL，0FFH ；访问HPID.
MOV A，0F4H
ANL P1，A ；使用自动地址预增量的方式下，使用当前的HPIA（1001h）写数据入HPI 内

；存（1002h）。
；把需要输出到HPI RAM的数据送累加器A.
MOV A，@R1 ；先送MSB
MOVX  @DPTR，A ；A的内容送HPID
MOV  A，0F6H
ANL  P1，A
MOV  A，@RO ；送LSB
MOVX  @DPTR，A
结论：本文介绍了在多处理器系统中DSP与主机间通信所采用的各种方案，包括DMA、全
局存储器（Global Memory）和主机接口HPI。并对各种方案的特点做了一个比较。具体
地通过了一个实例介绍了TMS320C54x所提出的HPI接口的硬件实现与编程。


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    感情是一个难以驯服的野马
    理智却是一个严厉的马夫

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