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談DSP HPI總線與MPC8272總線接口的FPGA實(shí)現(xiàn)
論文關(guān)鍵詞： DSP HPI MPC8272 FPGA VHDL源代碼
論文摘要：通過(guò)對(duì)TI公司TMS320C6421 DSP HPI接口信號(hào)和接口總線時(shí)序的分析，以VHDL語(yǔ)言為工具，使用Altera的FPGA芯片EP3C40F780C8，設(shè)計(jì)完成MPC8272總線和TMS320C6421 DSP HPI總線之間的通信接口，并在實(shí)際的產(chǎn)品中得到運(yùn)用，給出與整個(gè)接口設(shè)計(jì)相關(guān)的VHDL源代碼。對(duì)于類似的DSP HPI接口設(shè)計(jì)，此文章具有參考和指導(dǎo)意義。
一、HPI概述
HPI(Host-Port Interface)主機(jī)接口，是TI高性能DSP上配置的與主機(jī)進(jìn)行通信的片內(nèi)外設(shè)。通過(guò)HPI接口，主機(jī)可以非常方便地訪問(wèn)DSP的所有地址空間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP的控制。
TMS320C6421的HPI接口是一個(gè)16bit寬的并行端口。主機(jī)(host)對(duì)CPU地址空間的訪問(wèn)是通過(guò)EDMA控制器實(shí)現(xiàn)的。 HPI接口的訪問(wèn)主要通過(guò)三個(gè)專用寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)，它們分別是HPI控制寄存器(HPIC)、HPI地址寄存器(HPIA)和HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。
二、HPI接口信號(hào)簡(jiǎn)介
(1) HD[15∶0](數(shù)據(jù)總線)
(2) HCNTL[1∶0](控制HPI訪問(wèn)類型)
如前所述，對(duì)HPI的訪問(wèn)需要通過(guò)三個(gè)寄存器，即HPI地址寄存器(HPIA)，HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)和HPI控制寄存器(HPIC)來(lái)實(shí)現(xiàn)。HCNTL[1∶0]就是用于選擇這三個(gè)寄存器的專用引腳。
HCNTL1
HCNTL0
HPI訪問(wèn)類型
0
0
主機(jī)可讀寫HPI控制寄存器HPIC
0
1
主機(jī)可讀寫HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID，讀操作或?qū)懖僮骱驢PIA自動(dòng)增1
1
0
主機(jī)可讀寫HPI地址寄存器HPIA
1
1
主機(jī)可讀寫HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID，讀操作或?qū)懖僮骱驢PIA不變
(3) HHWIL (半字指示選擇)
HHWIL指示當(dāng)前的為第一個(gè)或是第二個(gè)半字傳輸，但需要注意的是，它并不代表是最高有效的(most significant)還是最低有效的(least significant)，而決定的依據(jù)是HPIC中的HWOB位的狀態(tài)。對(duì)于第一個(gè)半字，HHWIL必須被驅(qū)動(dòng)為低電平；對(duì)于第二個(gè)半字，HHWIL必須被驅(qū)動(dòng)為高電平。
(4) HR/W (讀/寫操作指示)
HR/W為高電平，表示從HPI接口讀；HR/W為低電平，表示向HPI接口寫。
(5) HRDY (輸出準(zhǔn)備好)
(6) HCS,HDS1,HDS2(選通信號(hào))
當(dāng)HCS有效，并且HDS1和HDS2中僅有一個(gè)有效時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)HSTROBE有效。這三個(gè)信號(hào)的組合邏輯其實(shí)就是片選和讀/寫信號(hào)構(gòu)成的組合邏輯，因此，可直接與主機(jī)的片選和讀/寫信號(hào)相連。如下圖所示：
(7) HAS (地址輸入選通)
在TMS320C6421 HPI接口中目前沒(méi)有用，連接到邏輯高電平。
(8) HINT(向主機(jī)輸出的中斷)
三、HPI接口寄存器簡(jiǎn)介
如上所述，主機(jī)通過(guò)HPI接口對(duì)DSP的訪問(wèn)實(shí)際上是通過(guò)三個(gè)寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，下面就針對(duì)這三個(gè)專用寄存器進(jìn)行介紹。
(1)HPI控制寄存器(HPIC)
HPIC中每一位都有特定的功能，在對(duì)HPI進(jìn)行訪問(wèn)的過(guò)程中需要特別注意。簡(jiǎn)要介紹一下這些功能位的作用。
①HWOB(半字順序位)
如果HWOB=1，第一個(gè)半字為最低有效；如果HWOB=0，第一個(gè)半字為最高有效。HWOB對(duì)地址和數(shù)據(jù)都起作用，如果采用HPI16模式，在訪問(wèn)數(shù)據(jù)或者地址寄存器之前，應(yīng)該首先初始化HWOB位。
�、贒SPINT(主機(jī)產(chǎn)生的Processor-to-CPU中斷，用于HPI啟動(dòng)方式中將DSP內(nèi)核從復(fù)位狀態(tài)中喚醒)
�、跦INT(DSP-to-Host中斷，即通過(guò)向此位寫入特定值來(lái)產(chǎn)生對(duì)主機(jī)的中斷)
(2) HPI地址寄存器(HPIA)
存放32bit數(shù)據(jù)，指向?qū)⒁L問(wèn)的DSP地址空間中的地址。
(3) HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)
在寫操作中存放將要寫入HPIA所指向地址的數(shù)據(jù)，在讀操作中為HPIA所指向地址中的數(shù)據(jù)。
四、HPI接口讀寫時(shí)序
�、臜PI接口讀時(shí)序
⑵HPI接口寫時(shí)序
五、HPI接口硬件設(shè)計(jì)
從C6421 HPI寄存器的編址方式可以看出，主機(jī)需兩根地址線尋址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，因此選擇主機(jī)的地址線A29、A28連接C6421 HPI的HCNTL1、HCNTL0。選擇主機(jī)的地址線A30連接到C6421 HPI的HHWIL，作為半字指示選擇。HPI的選通由HCS、HDS1、HDS2三根信號(hào)線共同作用，最后的HPI使能信號(hào)(STROBE)為HDS1異或HDS2后，再與HCS進(jìn)行與非運(yùn)算的結(jié)果。HCS、HDS1、HDS2信號(hào)由FPGA產(chǎn)生。TA為MPC8272傳輸結(jié)束標(biāo)識(shí)，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU發(fā)送TA，保證HPI數(shù)據(jù)正確讀出。C6416 HPI的HINT信號(hào)可以直接連接到主機(jī)的IRQ引腳上實(shí)現(xiàn)HPI對(duì)主機(jī)的中斷信號(hào)連接，也可通過(guò)FPGA連接到主機(jī)，使控制更靈活。
六、地址空間分配
由于C6421為16位的HPI口，其內(nèi)部總線為32位，所以每次讀寫要分兩次，一次為高16位，一次為低16位，由HHWIL來(lái)選擇（0－First Half Word， 1－Second Half Word），設(shè)定HPIC.HWOB = 0(First Half Word ＝高16位， Second Half Word = 低16位)。C6421的HPI接口映射為MPC8272的4對(duì)地址空間，由MPC8272 CS3控制，配置CS3為16位寬的GPCM訪問(wèn)模式，如下地址分配：
HPIC：0x0D000000(高16位), 0x0D000002(低16位)。
HPIA: 0x0D000004(高16位), 0x0D000006(低16位)。
HPID_FIX: 0x0D00000C(高16位), 0x0D00000E(低16位)，C6421地址由當(dāng)前的HPIA決定。
HPID_Auto: 0x0D000008(高16位), 0x0D00000A(低16位) C6421地址自動(dòng)加1。
七、HPI接口相關(guān)VHDL代碼
output wire c6421_hasn, c6421_hcsn, c6421_hdsn1, c6421_hdsn2,
assign c6421_hasn = 1’B1;
assign c6421_hcsn = cs3;
assign c6421_hdsn1 = wen;
assign c6421_hdsn2 = oen;
reg [7:0] st_ta;
reg tax;
wire tax001 = (zzz_cnt==256) ? 0 : 1 ;
wire tax002 = (zzz_cnt==256+8) ? 0 : 1 ;
wire tax003 = (zzz_cnt==256+16)? 0 : 1 ;
wire tax004 = (zzz_cnt==256+32)? 0 : 1 ;
reg c6421hcsn_start;
always @(posedge clk_cpu)
if (zzz_cnt==5) c6421hcsn_start <= 1;
else c6421hcsn_start <= 0;
always @(posedge clk_cpu) begin
if (c6421hcsn_start) begin
st_ta <= STA_CHECKRD;
tax <= 1;
end
else if (STA_CHECKRD == st_ta) begin
if (c6421_hrdyn)
st_ta <= STA_CHECKRD;
else
st_ta <= STA_GEN;
tax <= 1;
end
else if (STA_GEN == st_ta) begin
st_ta <= STA_END;
tax <= 0;
end
else begin
tax <= 1;
end
end
assign ta = (~cs3) ? (tax & tax001 & tax002 & tax003 & tax004): 1’BZ;
MPC8272功能很強(qiáng)大，C6421 HPI接口相對(duì)于MPC8272來(lái)說(shuō)為慢速外部設(shè)備，TA為MPC8272傳輸結(jié)束標(biāo)識(shí)，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU發(fā)送TA，保證HPI數(shù)據(jù)正確讀出。因此在VHDL程序中設(shè)計(jì)了狀態(tài)機(jī)，當(dāng)HRDY信號(hào)有效后就立即結(jié)束本次訪問(wèn)，否則經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲后強(qiáng)制結(jié)束本次訪問(wèn)，這樣可以避免接口長(zhǎng)時(shí)間占用總線，影響系統(tǒng)性能。
八、結(jié)束語(yǔ)
本文使用VHDL語(yǔ)言和FPGA，設(shè)計(jì)了MPC8272與DSP之間的HPI接口。之所以使用FPGA，是因?yàn)樵谙到y(tǒng)中FPGA還包含有其他的功能設(shè)計(jì)。如果只有MPC8272與DSP之間的HPI接口設(shè)計(jì)，使用CPLD即可完成，而不必浪費(fèi)FPGA的資源。
參考文獻(xiàn)：
1、TMS320C6421 Fixed-Point Digital Signal Processor datasheet。TI公司提供
2、TMS320C642x DSP Host Port Interface (HPI) User’s Guide。TI公司提供
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