PC主机在DSP自举引导和通信设计的实现

 

　　在DSP领域，TI公司（德州仪器公司）一直处于世界霸主地位，它生产的TMS320系列DSP芯片以其独特的哈佛结构、硬件密集型方案和灵活的指令系统成为数字信号处理器产业中的者。其C5000系列DSP芯片具有功耗小、高度并行等优点，可以满足众多领域的实时处理要求。为充分利用DSP快速运行的优点，通常希望用户程序能在DSP中高速运行，这就需要运用DSP自举引导功能。众所周知，欲获得全速的DSP运行速度，方法之一是在DSP芯片出厂前将用户程序掩膜在其片内的ROM上。这种方法对大部分应用场合并不适用，且成本很高。对大多数用户而言，可行的方法是利用DSP自举引导功能。 Bootlooader（自举引导程序，也称引导装载程序）是在出厂前固化在DSP芯片内ROM中的一段程序代码，其主要功能是在上电或复位时将用户程序从外部加载至程序存储器（片内RAM或扩展的RAM）中，以便实现高速运行。因此，用这种方法可以以较低的成本实现高速运行。不同型号的DSP,其Bootlooader也不同。如TMS320C54X系列的DSP提供了四种自举引导方法[2]:并行EPROM、并行I/O口、串行口及主机接口HPI自举引导方式，它们适用于不同的应用场合。

　　1 资源环境简介

　　TMS320VC5402是TI公司C54x系列定点DSP芯片中的新产品它集中了此系列早期产品的优点，并提供了许多新的功能，开发和使用更加方便。C5402具有灵活的指令系统和操作性能，它可选择助记符指令或算术指令作为编程指令，同时支持汇编语言和C语言的单独或混合编程。C5402采用改进的Harvanl处理结构，指令流水线操作。计算和处理速度很高，系统单指令周期可达到10ns.在片内提供16k的RAM用作程序和数据存储，其可扩展寻址空间为1M字节。C5402提供的McBSP串口和DAM数据传送方式极大地方便它在通信领域的应用和开发。C5402由于其高性能价格而成为当前语言和静态图象处理和主流产品。本文主要介绍C5402和McBSP原理、配置以及DAM方式下如何实现利用McBSP的通信。

　　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）为单位到RAM.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。