|
摘要：在由TI系列DSP组成的多机系统中，往往用HPI进行多机数据交换。由于HPI的功能特性，产生了一种新的应用--使用HPI对DSP进行自举。介绍了使用HPI对TMS320C5402进行自举，从而省掉了DSP的EPROM，使DSP只使用SRAM，提高了处理速度，并使HOST CPU具有更大的控制权，很适合多处理器系统。
| ||||||||
|
当前，数字信号处理器(DSP)芯片以其强大的运算能力在通信、电子、图像处理等各个领域得到了广泛的应用。使用DSP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，但系统的功能将不可避免地有所限制。由于DSP的控制功能不是非常强大，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机或是单片机)对整个系统的运行实行控制。所以，在使用DSP的多处理器系统中，主机(单片机、PC机、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。
| ||||||||
|
1 主机接口的传统解决方案
| ||||||||
| TI TMS320C6x系列的器件中也得到了保持，且功能有所增强。 2 TMS320VC5402的HPI TMS320VC5402是TI公司的54X系列定点DSP，具有低功耗、高性能的特点。 CPU 增强的多总线结构，三条独立的16bit数据存储器总线和一条程序存储器总线；40bit运算逻辑单元(ALU)，包括一个40bit的桶形移位器和两个独立的40bit累加器，17bit×17bit并行乘法器连接一个40bit的专用加法器，可用来进行非流水单周期乘/加(MAC)运算;比较、选择和存储单元(CSSU)用于Viterbi运算器的加／比较选择指数编码器在一个周期里计算一个40bit累加器的指数值两个地址发生器中有八个辅助寄存器和两个辅助寄存器运算单元(ARAUs)数据总线具有总线保持特性。 存储器 扩展地址模式可寻址到1M×16bit外部程序空间，4K×16bit片上ROM，16K×16bit双访问片上RAM。 指令集 支持单指令循环和块循环，存储块移动指令提供了高效的程序和数据存储器管理，支持32bit长字操作数指令，支持两个或三个操作数读指令，支持并行存储和并行加载的算术指令、条件存储指令和中断快速返回，支持定点DSP C语言编译器。 片上硬件资源 软件可编程等待状态发生器和可编程存储单元转换，连接内部振荡器或外部时钟源的锁相环(PLL)时钟发生器，两个多通道缓冲串口(McBSPs)，增强型8bit并行主机接口(HPI8)，两个16bit定时器，6通道直接存储器访问(DMA)控制器。 电源 低功耗，工作电源有3.3V和1.8V(内核)，用节电模式的IDLE1、IDLE2及IDLE3指令做功率控制，可禁止CLKOUT信号。 速度 在3.3V供电(1.8V电压)下单周期定点指令的执行周期为10ns(100MIPS)。 仿真 符合IEEE1149.1边界扫描逻辑标准的片内扫描仿真逻辑接口。 TMS320C54x系列DSP芯片中的HPI，能够顺序传送或随机传送数据，产生HOST中断和C54x中断，接口灵活，并可通过DMA总线访问片内RAM。当TMS320 C54X与主机(或主设备)交换信息时，HPI是主机的一个外围设备。HPI有8根数据线HD(0~7)，在TMS320C54x与HOST传送数据时，HPI能自动将外部接口传来的连续数据组合成16位数后传送给DSP。如果HOST和DSP竞争同一个地址，则HOST优先，DSP等待一个HPI周期。 TMS320C54x系列发展到TMS320VC5402的时候，其HPI已经得到了增强，被称为HPI-8。和TMS320C54x系列前几款芯片中的标准HPI相比，HPI-8在几个方面有所不同，见表1。 | ||||||||
|
表1 HPI-8和标准HPI的主要差别 | ||||||||
| ||||||||
|
HPI-8的使用是通过对HPIA、HPIC和HPID三个寄存器赋值实现的。HPIA是地址寄存器，HPIC是控制寄存器，而HPID是数据寄存器。简单地说，HOST通过外部引脚HCNTL0和HCNTL1选中不同的寄存器，则当前发送的8位数据就送到该寄存器。在使用上，由于HPIC是16位寄存器，而HPI-8是8位的数据宽度，所以在HOST向HPIC写数据时，需要发送两个一样的8位数据。而地址寄存器HPIA选择后，直接向它写数据就可以了，但是要注意MSB和LSB的顺序。另外，HPIA具有自动增长的功能，在每写入一个数据前和每写入一个数据后，HPIA会自动加1。这样，如果使能了该功能，只需设定HPIA即可实现连续数据块的写入和读出。数据寄存器HPID，严格说应该叫做数据缓冲寄存器，因为终数据是要写到片内RAM的。只是在实现上，数据首先从HOST发到HPID中，然后根据HPIA指定的地址，HPID中的数据再写到片内RAM的地址中。不过对用户而言，该过程是透明的。
| ||||||||
| 3 使用HPI对DSP进行自举 HPI是作为多机数据交换而出现的，但是由于其功能特性，又产生了一种新的应用--使用HPI对DSP进行自举。实际上，TMS320VC5x系列DSP在片内固化的Bootloader程序中对HPI自举提供了全面的支持。笔者在VOIP系统的开发中，实现了使用HPI对DSP TMS320VC5402的自举，从而省掉了DSP的EPROM，使DSP只使用SRAM，提高了处理速度，并使HOST CPU具有更大的控制权，很适合多处理器系统。对于计算机插卡式的DSP系统，程序可以从PC机的硬盘上获取，从而减小了插卡版面空间占用，提高了处理速度。 在实现上，需要解决以下几个问题。 3.1 DSP片内固化的Bootloader程序对HPI自举的支持 自举从本质上说就是在DSP启动后通过某种方式获取运行代码并开始运行，这个过程是在固化在DSP片内的Bootloader程序辅助下完成的。在DSP上电以后，Bootloader程序按照一定的顺序依次检验何种自举方式可用，自举方式包括HPI方式、Serial EEPROM方式、标准Serial Port方式、Parallel方式和I/O方式。 Bootloader查询HPI方式是否可用是这样进行的：在启动以后，DSP片内0x7f地址的值被置为0，Bootloader不断检验0x7f地址处是否出现了可用的程序指针的跳转地址。当其发现该地址内的值不为0时，即判定为DSP已由外部HOST CPU进行了HPI自举程序加载，并按照该值跳转PC指针，开始运行，从而完成HPI方式自举。 3.2 突破4K的空间限制 由于HPI-8的特性，HOST能够访问所有的片内RAM空间，对于TMS320VC5402来说，其片内RAM地址空间从0000H到3fffH，一共4K。这已经大大超过了标准HPI的2K的大小，但是对于大多数DSP应用程序来说，片内RAM除了放置程序代码以外，很可能还需要留出一部分供数据空间使用。实际上，大部分代码都可能放置在片外的程序空间，而这部分空间并不是HOST通过HPI-8所能够访问得到的。所以需要使用某种技术突破4K的片内RAM空间限制。由于DSP程序本身是能够访问到所有DSP程序、数据空间的，所以HOST可以首先放置一个体积不大于4K的程序到DSP内，再由该程序和HOST协作完成超出片内RAM的代码的放置工作。 一般将上述的首先放入DSP的程序称为kernel程序，其功能比较简单，本身不超过4K，可以由HOST全部放入到TMS320VC5402的片内RAM中，并被启动。 基于此种思路的流程图如所示。 | ||||||||
| 3.3 程序代码的定位 编程序的时侯使用符号作为地址，经编译、链接后，符号所表示的相对地址已经转化为地址。要使程序能够正常运行，需要将程序代码写到指定的位置--地址。在 HOST→Kernel→DSP应用的HPI自举方式中，HOST和Kernel需先后完成Kernel代码和DSP应用程序代码的定位工作。 因此，在HOST CPU的外存储器中，至少需要保存DSP程序代码和相应的地址信息。这些数据在由自举程序写到DSP后，被拼接成正确的可执行代码、已初始化数据等，并被正确定位。一般来说，HOST CPU的外存储器中的DSP自举数据是HEX格式的。虽然HEX格式有很多种，但任何一种包含有地址等信息的16进制HEX格式文件都是适用的。 常见的HEX格式有ASCII、Intel、TI-Tagged等格式，如所示。 | ||||||||
|
在各种HEX格式中，Intel格式相对来说比较适宜，因为在Intel格式的HEX文件中，代码被分为每行一个块，这种分块的长度固定，因此在DSP内预留的缓冲区的大小容易计算。Intel格式的HEX文件的格式为：BYTE1作为每块的起始标志，总是"："；BYTE2-3表示该块中有效数据的长度，长为32个BYTE。这种有效数据可能是程序代码，也可能是扩展地址信息；BYTE4-7表示该块内代码的起始地址；BYTE8-9是类型，00表示程序代码，01表示结束，04表示扩展地址信息；BYTE10之后是代码，直到两个BYTE，表示校验位。校验位的值是该块中先前数据值和的补码。
| ||||||||
| 4 系统软硬件设计与实现 4.1 系统框图 在笔者开发的VOIP系统中，使用了HPI对DSP (TMS320VC5402)进行自举的功能。其中相应部分的框图如所示。 | ||||||||
|
对于PC机插卡的系统，该框图更可以省略掉HPI以右的部分，而直接使用PC机的CPU和硬盘作为相应的控制和只读存储器件。这样，仅需要为DSP配备RAM即可使其正常运行。
| ||||||||
|
参考文献 5. EPROM datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/EPROM_1128137.html. |
免责声明: 凡注明来源本网的所有作品，均为本网合法拥有版权或有权使用的作品，欢迎转载，注明出处。非本网作品均来自互联网，转载目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
