摘　要：以Cirrus Logic公司的ARM 芯片和TI 公司的TMS320V DSP 為例，研究了ARM與DSP 的數(shù)據(jù)接——HPI 接口的相關(guān)技術(shù)，并給出了在HPI 接口非復(fù)用模式下，CS89712 與C5510 的信號連接圖和嵌入式實時操作系統(tǒng)uCOS-II下驅(qū)動程序的部分關(guān)鍵源代碼。
關(guān)鍵詞：ARM CS89712；主機接口(HPI)；TMS320VC5510

        引　言 

        目前嵌入式系統(tǒng)已被廣泛地應(yīng)用到電子產(chǎn)品領(lǐng)域和無線通信、網(wǎng)絡(luò)通信等高端設(shè)備領(lǐng)域。32 位ARM嵌入式處理器具有高性能、低功耗的特性，DSP芯片由于功能強大，加上接口方便、軟件可用資源豐富、編程方便、穩(wěn)定性好、精度高等優(yōu)點，應(yīng)用也越來越廣泛。通常在嵌入式系統(tǒng)的設(shè)計中，由ARM嵌入式處理器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制和網(wǎng)絡(luò)功能，由DSP 芯片來執(zhí)行復(fù)雜計算，因此需要實現(xiàn)ARM處理器和DSP 之間的數(shù)據(jù)交換。從某種程度上來說，ARM嵌入式處理器和DSP 之間數(shù)據(jù)交換的速度決定了整個系統(tǒng)的運行速度和性能。 

        ARM CPU CS89712 的特點 

        CS89712 是Cirrus Logic 公司一款基于ARM7TDMI的SOC 芯片。它一方面具有ARM 處理器的所有優(yōu)點：低功耗、高性能；同時又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開發(fā)。其特點如下： 

　　a、采用ARM7TDMI 內(nèi)核，I/O 電壓3.3 V ，內(nèi)核電壓2.5 V ；
　　b、內(nèi)置鎖相環(huán)(PLL)，系統(tǒng)主頻最高達(dá)74MHz ；
        c、3種工作模式，可以實現(xiàn)電源管理以降低系統(tǒng)功耗；
        d、8KB 的系統(tǒng)高速緩存(CACHE)，極大地提高了系統(tǒng)運行速度；
        e、支持8 個MEMORYBANK，最大外部存儲空間達(dá)256MB ，并支持SDRAM；
        f、內(nèi)置單色LCD 控制器；
        g、2 路異步串口(UART)；
        h、27 個通用I/O口；
        i、實時時鐘(RTC)和看門狗電路(WATCHDOG)。 

        C55X DSP 及其EHPI 接口 

        C5510 DSP 的特點

        以高速、低功耗為特征的VC55X 系列DSP 采用先進的改進型哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的數(shù)據(jù)總線和程序總線，片內(nèi)集成了ROM、RAM和多個外設(shè)，如通用I/O口、定時器、時鐘發(fā)生器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲器存取控制器(DMA)和與外部處理器通信用的主機接口(HPI)。 

        C55X的增強型主機接口(EHPI)

        TI 的C5510 之前的DSP 系列(C54X系列)中的主機接口(HPI)主要有三種：標(biāo)準(zhǔn)8 位HPI8 接口、增強型8 位HPI8 接口和16 位HPI16 接口。其中C542～C549 內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)型HPI8 ；C5402、C5410 內(nèi)含增強型HPI8 ；C5410 以上為HPI16 ；C5409、C5416 的HPI 可以由用戶設(shè)置為增強型HPI8 或HPI16。C5510 其內(nèi)部使用的是增強型主機接口，增強型比標(biāo)準(zhǔn)型更優(yōu)越之處主要在于：增強型允許主機訪問DSP 內(nèi)部的所有片內(nèi)RAM，而標(biāo)準(zhǔn)只能訪問RAM 區(qū)中指定的2K字。 

        C55X為主機提供增強型的16 位并行接口(EHPI)具有以下特點： 

        a、20 位主機地址總線；
        b、16 位主機數(shù)據(jù)總線；
        c、復(fù)用和非復(fù)用兩種總線模式；
        d、主機可以訪問C5510 的片內(nèi)SARAM、片內(nèi)DARAM和片外存儲器；
        e、在高速傳輸數(shù)據(jù)時可以自增的20 位的地址寄存器(在復(fù)用模式下)；
        f、多地址、數(shù)據(jù)探頭為各種主機提供緊密接口；
        g、HRDY信號用來與主機進行握手； 

        C5510 與外部主機或微處理器的連接具有單獨的16 根數(shù)據(jù)線HD0～HD15、20 根地址線HA0～HA19 和10 根控制線。主機主動通過EHPI 口能夠直接訪問DSP 的存儲區(qū)。在圖1 所示的HPI 能訪問的地址范圍內(nèi)，主機和DSP 可以通過DSP 的內(nèi)部和外部存儲區(qū)來交換信息。除了對主機發(fā)中斷(通過置HPIC 寄存器的HINT 位，可以使HINT 線有效)或清除主機發(fā)來的中斷(通過清HPIC 寄存器的DSPINT標(biāo)志)需要DSP 干涉外，C5510 幾乎不用進行其他操作。片內(nèi)的DMA 通道會自動輔助完成RAM區(qū)與HPI 數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)傳輸。主機由HCNTL0/1 線來選擇HPI 的某個控制寄存器，如表1 所列。通過對這4 個寄存器的訪問，就可以在所設(shè)安全機制的允許范圍下讀/寫DSP 的所有或部分片內(nèi)RAM。 

        主機由HCNTL0/1 線來選擇HPI 的某個控制寄存器。在非復(fù)用模式下，HCNTL0 決定HPI 是否訪問控制其(HPIC)寄存器或數(shù)據(jù)寄存器(HPID)，如表1 所示(0 ——低電平，1 ——高電平)，此時HCNTL1未被使用。

　　表1 　HCNTL0/1 的選擇功能描述

 
圖1 　通過HPI 可以訪問的DSP 存儲區(qū)圖

        CS89712 與C5510 DSP 的接口設(shè)計 

        硬件連線 

        TMS320VC5510 與CS89712 連接的接口電路如圖3 所示。由圖2 可見，C5510 通過EHPI 與主機設(shè)備相連時，除了EHPI 數(shù)據(jù)總線及控制信號線外，不需要附加其它的邏輯電路，非常方便。

圖2 　EHPI接口非復(fù)用模式下的連接圖

        從EHPI 寄存器的編址方式可以看出，將HPI16接口安排在CS89712 的BANK3(即地址范圍0X03000000～0X03FFFFFF)，而且CS89712 具有內(nèi)部譯碼器，直接產(chǎn)生片選信號CS3。 

        由于C55X HPI16 是一個16 位的并行端口，而C5510 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為16 位，所以在非復(fù)用模式下，只需將數(shù)據(jù)和地址總線分別連接即可。 

        另外，還有幾個關(guān)鍵的控制信號需要連接。一個就是HR/W信號，由于CS89712 沒有此信號，使用端口A 的PA3 來代替。當(dāng)PA3=1 時，代表讀操作，反之為寫操作。 

        由于CS89712 和C5510 EHPI 接口的控制邏輯不盡相同，需要使用其它的一些信號線來進行模擬，此時要嚴(yán)格遵循EHPI 的讀寫時序。 

        軟件設(shè)計

        在硬件連接設(shè)計好的基礎(chǔ)上，我們還需要通過正確的編程才能實現(xiàn)我們預(yù)想的時序。因為我們在ARM CS89712 上運行嵌入式操作系統(tǒng)uCOS-II ，所以在寫程序?qū)PI 接口進行讀/寫操作時將HPI 接口看作一個外部設(shè)備，將完成讀/寫操作的程序看成在uCOS-II 下面的一個字符型驅(qū)動。這樣軟件的設(shè)計就變成了在uCOS-II 下面驅(qū)動程序的開發(fā)?？紤]到CS89712 不光要將DSP 的數(shù)據(jù)取過來，而且還要將這些數(shù)據(jù)處理后再發(fā)送出去，這就需要這兩者之間有很好的配合。 

        CS89712 與DSP5510 之間的EHPI 接口讀/寫程序主要由兩個部分組成： 11ARM 自身的初始化；21HPI 接口讀寫程序。 

        ARM 處理器自身的初始化

        ARM處理器首先要完成自身工作模式等一系列的初始化，才能正常進行EHPI 接口的讀/寫，源代碼如下所示。

        //為了配合EHPI 口的時序，關(guān)掉MMU 頁表中
        bank3 的Cache
        Xcount SETA 0x30000c1e
        　WHILE Xcount < 0x31000000
                    DCD Xcount
                    Xcount SETA Xcount + 0x00100000
　        WEND
        rMEMCFG1&=0x00ffffff；//設(shè)置與DSP 連接的nCS3 ：16 位總線寬度、8 個隨機狀態(tài)
        rMEMCFG1|=0x01000000；//3 個順序等待狀態(tài)、禁止順序訪問、禁止擴展時鐘上面這段代碼主要是對幾個寄存器進行配置。 

        在配置好ARM 處理器的工作模式后，對外部I/O 接口BANK3 的對應(yīng)地址進行讀/寫操作，就可以完成對HPI 接口的相應(yīng)操作了。 

        HPI 接口讀寫程序

        以下的第一句代碼是宏定義，定義了C5510 的EHPI 接口寄存器的地址。在本設(shè)計中，已經(jīng)將HPI口與外部I/O 接口的BANK3 相接，這樣HPI 口將占用外部I/O 接口BANK3 的地址。由于是使用PA3來模擬HPI16 接口的HR/W，所以對DSP 進行讀/寫操作時， 應(yīng)先將該信號置為相應(yīng)的讀/寫有效狀態(tài)。 

        //ARM向DSP 寫數(shù)據(jù)時
        # define EHPI-BASE 0x3208000
        int t ；
        rPADDR=0x08 ； //PA3 方向定義為輸出
        rPADR=0x00 ； //PA3 為低電平
        t=*(volatile U16* )( EHPI-BASE + Add-offset)；//ARM從DSP 讀取數(shù)據(jù)時
        rPADDR=0x08 ； //PA3 方向定義為輸出
        rPADR=0x08 ； //PA3 為高電平
        (volatile U16*)( EHPI-BASE+Add-offset)=t 

         結(jié)束語 

        以ARM芯片作為主控制器，用DSP 芯片進行運算，然后通過HPI 接口進行通信和交換數(shù)據(jù)的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用模式的得到越來越廣泛的應(yīng)用，而這兩者之間能夠高效、快速并且穩(wěn)定的進行數(shù)據(jù)交換將是影響系統(tǒng)性能的關(guān)鍵部分之一。文中給出的CS89712 和C5510 之間的硬件連接方法和軟件設(shè)計經(jīng)過實踐的驗證，是可行的和滿足要求的。