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HPI自舉在TMS320VC5402芯片上的實現(xiàn)
摘要：在由TI系列DSP組成的多機系統(tǒng)中，往往用HPI進行多機數(shù)據(jù)交換。由于HPI的功能特性，產(chǎn)生了一種新的應用——使用HPI對DSP進行自舉。介紹了使用HPI對TMS320C5402進行自舉，從而省掉了DSP的EPROM，使DSP只使用SRAM，提高了處理速度，并使HOST CPU具有更大的控制權(quán)，很適合多處理器系統(tǒng)。當前，數(shù)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(lǐng)域得到了廣泛的應用。使用DSP的系統(tǒng)可以按處理器使用的數(shù)目分為單處理器系統(tǒng)和多處理器系統(tǒng)。單DSP的系統(tǒng)盡管結(jié)構(gòu)簡單，但系統(tǒng)的功能將不可避免地有有所限制。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(tǒng)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(tǒng)的運行實行控制。所以，在使用DSP的多處理器系統(tǒng)中，主機（單片機、PC機、另一個DSP芯片）與目標系統(tǒng)DSP的數(shù)據(jù)交換就成應用系統(tǒng)設(shè)計中必須考慮的重要問題。
1 主機接口的傳統(tǒng)解決方案
解決主機與目標系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換是一個非常復雜的問題，傳統(tǒng)的方式是采用DMA（Direct Memory Access）或全局存儲器（Global Memory）完成多機系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)共享。在DMA方式下，讀寫共享人存必須要求其它處理器處于停止工作的狀態(tài)，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(tǒng)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(nèi)存的管理工作。Greg指定部分DSP內(nèi)存為全局內(nèi)存。比如，TMS320C5x器件能夠分配全局數(shù)據(jù)內(nèi)存空間，并通過BR（Bus Request）和hcs控制信號實現(xiàn)與該內(nèi)存的通信。當需要尋址全局內(nèi)存空間時，BR和hcs信號變低電平。于是外部邏輯進行全局內(nèi)存控制權(quán)的裁決，裁決的結(jié)果將通過選通信號通知某個TMS320C5x，從而使該DSP現(xiàn)在就擁有對全局內(nèi)存的控制權(quán)。顯然，使用全局內(nèi)存的方式來完成多DSP的共享數(shù)據(jù)通信是非常方便的。但是，應用系統(tǒng)往往由單片機作為主機，DSP作為目標系統(tǒng)構(gòu)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(nèi)存完成主機與DSP的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)的功能集成在片內(nèi)，簡化了與主機的連接，同時主機可以達到很高訪問速度。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(jié)構(gòu)，三條獨立的16bit數(shù)據(jù)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(shù)編碼器在一個周期里計算一個40bit累加器的指數(shù)值；兩個地址發(fā)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(shù)據(jù)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(huán)和塊循環(huán)，存儲塊移動指令提供了高效的程序和數(shù)據(jù)存儲器管理，支持32bit長字操作數(shù)指令，支持兩個或三個操作數(shù)讀指令，支持并行存儲和并行加載的算術(shù)命令、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(tài)發(fā)生器和可編程存儲單元轉(zhuǎn)換，連接內(nèi)部振蕩器或外部時鐘源的鎖相環(huán)（PLL）時鐘發(fā)生器，兩個多通道緩沖串口（McBPs），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(nèi)核），用節(jié)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(zhí)行周期為10ns（100MIPS）。
仿真 符合IEEE1149.1邊界掃描邏輯標準的片內(nèi)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(shù)據(jù)，產(chǎn)生HOST中斷和C54x中斷，接口靈活，并可通過DMA總線訪問片內(nèi)RAM。當TMS320C54x與主機（或主設(shè)備）交換信息時，HPI是主機的一個外圍設(shè)備。HPI有8根數(shù)據(jù)線HD（0～7），在TMS320C54x與HOST傳送數(shù)據(jù)時，HPI能自動將外部接口傳來的連續(xù)數(shù)據(jù)組合成16位數(shù)后傳送給DSP。如果HOST和DSP競爭同一個地址，則HOST優(yōu)先，DSP等待一個HPI周期。
TMS320C54x系列發(fā)展到TMS320VC5402的時候，其HPI已經(jīng)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。
表1 HPI-8和標準HPI的主要差別
HOST訪問總是與TMS320C54z時鐘同步
HOST和TMS320C54x都可訪問片內(nèi)RAM可訪問所有片內(nèi)2K的RAM空間
HOST-Only模式下HOST訪問與TMS320C54x時鐘同步
HOST-Only模式，HOST具有獨占的訪問權(quán)
HPI-8的使用是通過對HPIA、HPIC和HPID三個寄存器賦值實現(xiàn)的。HPIA是地址寄存器，HPIC是控制寄存器，
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