一种基于PC主机的DSP自举引导和通信设计-AET-电子技术应用

一种基于PC主机的DSP自举引导和通信设计

徐勋光

摘要：结合主机并行接口(HPI)的设计经验，详细讨论了DSP和主机(HOST)通过Enhanced 8bit HPI自举引导的通信方案。

关键词： DSP 接口自举引导

Abstract：

Key words :

摘要：结合主机并行接口(HPI)的设计经验，详细讨论了DSP和主机(HOST)通过Enhanced 8bit HPI自举引导的通信方案。
　关键词：主机并行接口个人计算机自举引导

　　随着信号处理技术的高速发展，DSP已经成为首选的数字信号处理芯片，如许多手机和硬盘中都嵌入了DSP芯片。目前的系统已经很少有单机系统，因此如何实现DSP与其他机器之间的通信是个关键问题。主机并行接口(HPI)为用户提供了高速的并行接口，使DSP拥有最优的工作效率，也使得HOST CPU有更强大的控制权。
1 资源环境简介
　　TMS320VC5402是TI公司推出的一款高性能、低功耗定点DSP，广泛应用于嵌入式系统以及无线通信领域。其CPU具有增强的多总线哈佛结构，速度为100MIPS，片内有4KB ROM和16KB双访问RAM。片上其他硬件资源主要有可编程等待状态发生器、锁相环（PLL）发生器、二路多通道缓冲串行口(McBSP)和增强型8bit并行主机接口(HPI-8)等。
　　该方案中HOST为PC机。PC的I/O并口(常用做打印机接口)端口地址为0x378～0x37A，0x378是数据口基地址，0x379为状态口地址，而0x37A为控制口地址[1]。在Windows2000操作系统下，系统不能直接对I/O端口的读写操作，而WIN98可以直接对I/O端口读写操作。本文中所讨论的引导方案是在WIN98 实模式DOS环境下实现的。需注意的是PC的0x378数据端口对应的输出芯片是74LS374。对于非增强型并口(SPP)只能输出数据，不能读取外部数据，读操作所读的数据只能是前一次PC机所写的数据，如需读取数据可在CMOS中将其设置为EPP。
TMS320VC5402的8bit HPI口为增强型。增强型HPI可访问片内所有RAM空间。在非主机独占模式下访问RAM时，HOST的HPI访问一直和DSP同步，且HPI和DSP都有访问权。HPI通过对3个寄存器HPIC(控制寄存器)、HPIA(地址寄存器)和HPID(数据寄存器)访问片内RAM。HOST用HCNT0/1引脚区分各寄存器，HBIL高低电平区分高低字节，HDS1/2和HAS产生内部控制传送信号。由于HPI为8bit，所以每次都是传送２字节再组成内部的1个字(具体控制见后面程序)[2]。DSP/HPI工作时序图如图1所示。

2 引导及程序实现
　　DSP上电后，当MP/MC为低电平时，DSP开始执行片内自举引导程序。先清除IFR，置HINT为低，再检测INT2位是否置位(置位可通过将ＨINT和INT2相连实现)，如置位则进行HPI引导，HOST按照图1的时序将应用程序或数据以字(分为2字节)为单位下载到RAM。下载完后再在0X7F写入程序入口地址。该过程中DSP将一直检测0X7F是否为0，如不为0，则跳转到该地址（0X7F中的内容）执行程序。DSP在该过程中执行以下代码[3]：
　　；从VC5402 ROM中截取的程序
　　ssbx intm；屏蔽所有中断
　　stm #0FFFFh，@ifr　　；清除所有 IFR 标志
　　stm #0，@HPIentry　　；设置HPI入口点(0X7F)的值为0
　　stm #08h，hpic　　　；置HINT为低
　　bitf @ifr，#int2msk　；检查INT2标志位是否置位
　　bc HPI，tc；如果INT2置位则进行HPI引导
　　……
HPI
　　ldm HPIentry，a　　；获取HPI入口向量
　　bc hpiboot，aneq　　；如果0x7F内容不为0，
　　　　　　　　　　　　　；则进行HPI引导
　　b ＄-3；否则一直循环
　　PC机并行打印口和DSP/HPI通信原理图如图2所示。由于PC机的并口输出TTL电平，而DSP可接受的最高电平是3.6V，故需要电平转换，图中芯片SN74LVC16245就是起电平转换作用的。此外，图2中DSP的HINT和INT2相连(以选择HPI引导)，PC的STROBE(打印口引脚1)接DSP的HBIL，BUSY(打印口引脚11)接HRDY，AUTOFE(打印口引脚14)接HCNT0，INIT(打印口引脚16)接HDS1和SLCTIN(打印口引脚17)接HCNT1。
　　在图2的电路基础上开始HPI自举引导。首先HOST初始化HPIC，向HPIC发送2个相同的8位数据的控制字。HPIC初始化完成后，HOST开始写HPIA(HPIA存放数据地址)。在上述2个寄存器初始化都完成后，HOST便可向DSP的RAM写数据。实际上HOST通过写HPID，然后DSP按照HPIA指定的地址，自行将HPID的数据写到片内RAM，且该过程对用户完全透明。

　　地址寄存器HPIA有多种模式，可选是否自动增加，即可以只写1次HPIA且设定HPIA自动增加，此后便不用写地址即可实现连续数据的写入或读出。在该引导过程中，HBIL引脚为低电平时，表示HOST传送的是第1字节，而当HBIL引脚为高电平时，传送的是第2字节。与其相配合的HPIC控制寄存器的BOB位为1时，将传送第1字节并将其放在RAM的低8位，第2字节放在高8位；当BOB位为0时置放顺序颠倒。
　　下面是实现HOST(PC机)控制HPI进行自举引导的程序，主要由以下3个函数完成：(1)write_port_a( )函数实现向地址寄存器HPIA写地址字。(2)write_port_d( )函数实现向DSP的RAM写数据字。(3)write_port_c( )函数实现向控制寄存器HPIC写控制字。其自举引导程序如下：
　　#define PORT_D 0x378　　//PC数据口
　　#define PORT_S 0x379　　//PC状态口(其中输出STROBE，
　　　　　　　　　　　　　　//BUSY和SLCTIN的数据反向)
　　#define PORT_C 0x37a//PC控制口（其中BUSY反向）
　　write_port_a(int write_data)//向HPI的HPIA写1个字
　　{
　　　　_outp(PORT_C，0x0009)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　　　_outp(PORT_D，write_data)；//输出数据低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)；//输出数据的高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
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//写1个字，地址非自动增加
　　{
　_outp(PORT_C，0x0003)；//控制口hcnt1=1 hch0=0
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　……

　　}
　　函数write_port_d( )类似于函数write_port_a( )，只需将操作HPIA的程序中的hcnt1/0改变，在写控制数据时所有数据值减6，即可省略部分程序。
　　write_port_c(int write_data)//向HPI的HPIC写1个字，
　　　　　　　　　　　　　　　　//要求该字中是2个完全相同的字节
　　{
　　 _outp(PORT_C，0x000b)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=0
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　……
　　函数write_port_c( )类似于函数write_port_a( )，只需将操作HPIA的程序中的hcnt1/0改变，在写控制数据时所有数据值加2，即可省略部分程序。
　　利用上述3个函数，PC机可以将1组每字16位的数据写到DSＰ的RAM里。但要注意先初始化控制寄存器HPIC，控制主机写进去的每个字的2个字节如何组成RAM里的1个字，否则将会产生错误。如把第1个字节放在低8位，第2个字节放在高８位，即BOB位为1。可通过下面语句实现：
　　write_port_c(0x0101)；
　　该函数初始化控制寄存器HPIC，以使HPIC中的BOB位为1，XHPIA为0。
3 将完整的应用程序全部写进DSP
　　将一个完整的应用程序按每字16位写到RAM中后，要实现自举引导还需改变0X7F的内容，使其指向程序入口地址。写完后DSP将自动转向应用程序并运行。
　　write_port_a(0x7f)；
　　write_port_d(0x3000)；//假设0x3000为程序入口点
　　下面讨论如何将一个含多个段的可执行COFF文件转化为程序所需的格式[4]。例如将test.asm源程序链接并编译生成test.out文件，而该程序有.text段和.data段。其方法：用hex500.exe转换工具将test.out生成2个16位的HEX文件，分别对应text段和data段。其命令文件如下：
　　test.out//输入文件
　　-I//生成Intel格式
　　-memwidth 16//存储器数据宽度
　ROMS
　{
　PAGE 0：
　　　　ROM1：origin=0x3000，length=0x2000，romwidth=16
　　　　　files={t1.dat}　　//text段起始地址为0x3000
　PAGE 1：
　　ROM2：origin=0x80，length=0x1f80，romwidth=16
files={t2.dat}　　　　　//data段起始地址为0x80
　　}
SECTIONS　　　　　　　//如有多段就可增加多个ROM
{
.text： paddr=0x3000
.data： paddr=0x80
}
　　再通过编程实现将t1.dat和t2.dat连续写入RAM，完成后再将0x7F的内容写成0x3000就可以实现引导。
4 探讨和总结
　　以上讨论的是增强型8bit HPI，HOST通过该HPI只能访问片内RAM空间。如要访问所有存储器空间，DSP必须再次引导。先执行本身片内ROM中的引导程序将HOST的二次引导程序代码下载到片内RAM，再通过执行二次引导程序访问其他非片内数据。HPI 自举引导本身也是一种数据通信，在本方案中已详细地讨论了HPI的自举引导。
　　现实应用中通常为多机系统，由于DSP的控制能力不很强，通常只是作为信号处理器，其信息及控制数据通常来自主机。而增强型HPI具有高速数据通信速率，且通信控制方式简单。故HPI是DSP与其他机器通信的一种良好途径。
参考文献
1 钱晓捷，陈涛.微型计算机原理及接口技术.北京：机械工业出版社，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 刘益成.TMS320C54X DSP应用程序设计与开发.北京：北京航空航天大学出版社，2002

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