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以SAMSUNG公司的ARM SOC芯片S3C44B0X和TI公司的TMS320C5416 DSP為例，講述了ARM與DSP的數據接口技術(shù)，并結出了硬件連接圖和軟件代碼。 后PC時(shí)代，嵌入式產(chǎn)品逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。而這些嵌入式產(chǎn)品的核心——處理器決定了產(chǎn)品的市場(chǎng)和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式處理器的主要特點(diǎn)。在32位嵌入式處理器市場(chǎng)中，ARM占有78.6%的份額。而TI而占有DSP市場(chǎng)的絕大部分份額。通常的嵌入式系統設計中，由微控制器實(shí)現整個(gè)系統的控制，由DSP來(lái)執行計算密集型操作，然后通過(guò)一定的手段實(shí)現微控制器與DSP之間的通信和數據交換。因此，如何高效地設計控制器（ARM）與DSP之間的接口以滿(mǎn)足嵌入式系統的實(shí)時(shí)性要求，在嵌入式系統設計中顯得尤為重要。 1 ARM CPU S3C44B0X的特點(diǎn) ARM是一款32位的精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器架構，以其高性能、低功耗、低成本占有市場(chǎng)。由于A(yíng)RM公司采用IP授權的方式經(jīng)營(yíng)，全球幾乎所有的大半導體公司都有基于A(yíng)RM的SOC芯片。 S3C44B0X是SAMSUNG（三星）公司一款基于A(yíng)RM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下： ·采用ARM7TDMI內核，I/O電壓3.3V，內核電壓2.5V； ·內置鎖相環(huán)（PLL），系統主頻最高達66MHz； ·4種工作模式，可以實(shí)現電源管理以降低系統功耗； ·8KB的系統高速緩存（CACHE），極大地提高了系統運行速度； ·支持8個(gè)MEMORY BANK，最大外部存儲空間達256MB，并支持SDRAM； ·內置彩色LCD控制器； ·2路異步串口（UART）； ·71個(gè)通用I/O口； ·8通路模/數轉換器（ADC）； ·實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和看門(mén)狗電路（WATCHDOG）。 2 C54X DSP及其HPI接口 2.1 C54X DSP的特點(diǎn) 以高速、低功耗為特征的C54X系列DSP采用先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結構，具有分離的數據總線(xiàn)和程序總線(xiàn)，片內集成了ROM、RAM和多個(gè)外設，如通用I/O口、定時(shí)器、時(shí)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）。 2.2 C54X的主機接口（HPI） C54X中的主機接口（HPI）主要有三種：標準8位HPI8接口、增強型8位HPI8接口和16位HPI16接口。其中C542～C549內含標準型HPI8；C5402、C5410內含增強型HPI8；C5410以上為HPI16；C5409、C5416的HPI可以由用戶(hù)設置為增強型HPI8或HPI16。增強型比標準型更優(yōu)越之處主要在于：增強型允許主機訪(fǎng)問(wèn)DSP內部的所有片內RAM，而標準只能訪(fǎng)問(wèn)RAM區中指定的2K字。 以TMS320C5416（簡(jiǎn)稱(chēng)C5416）包含的增強型HPI8接口為例，它與外部主機或微處理器的連接具有單獨的8根數據線(xiàn)HD0～HD7和10根控制器。主機主動(dòng)通過(guò)HPI口訪(fǎng)問(wèn)DSP的內部RAM以及其它資源。除了對主機發(fā)中斷（通過(guò)置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線(xiàn)有效）或清除主機發(fā)來(lái)的中斷（通過(guò)清HPIC寄存器的DSPINT標志）需要DSP干涉外，C5416幾乎不用進(jìn)行其他操作，片內的DMA通道會(huì )自動(dòng)輔助完成RAM區與HPI數據寄存器的數據傳輸。主機由HCNTL0/1線(xiàn)來(lái)選擇HPI的某個(gè)控制寄存器，如表1所列。通過(guò)對這4個(gè)寄存器的訪(fǎng)問(wèn)，就可以在所設安全機制的允許范圍下讀/寫(xiě)DSP的所有或部分片內RAM。 表1 HCNTL0/1的選擇功能描述 HCNTL1 HCNTL0 說(shuō)明 0 0 主機讀/寫(xiě)HPI控制寄存器--HPIC。 0 1 主機以地址自動(dòng)增的模式讀/寫(xiě)HPI數據鎖存器--HPID。若為讀操作，則HPI地址寄存器HPIA自動(dòng)讀后增1；若為寫(xiě)操作，則HPIA自動(dòng)寫(xiě)后增1。 1 0 主機讀/寫(xiě)HPI地址寄存器--HPIA，該地址指向C54X的片內RAM。 1 1 主機讀/寫(xiě)HPI數據鎖存器--HPID，HPIA不變。 由于DSP最小的存儲單位是字（16bit），因此對于HPI8，每個(gè)傳遞必須要有2個(gè)傳遞周期才能完成。HBIL信號用于區分傳遞的字節是當前字的第一字節還是第二字節。通過(guò)設置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節是這個(gè)字的高字節還是低字節。 2.3 時(shí)序圖 C54X HPI8的時(shí)序如圖1所示，該時(shí)序可滿(mǎn)足市場(chǎng)上大多數微控制器的時(shí)序特片。因此，C54X可以通過(guò)HPI8很方便地與微控制器接口，S3C44B0X也不例外。 3 S3C44B0X與C54X DSP的接口設計 3.1 硬件連線(xiàn) TMS320C5416與S3C44B0X連接的接口電路如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，C54X通過(guò)HPI8與主機設備相連時(shí)，除了8位HPI數據總線(xiàn)及控制信號線(xiàn)外，不需要附加其它的邏輯電路，非常方便。 從HPI寄存器的編址方式可以看出，主機只需兩根地址線(xiàn)（A3、A2）便可尋址到HPI接口的所有控制寄存器、地址寄存器和數據寄存器。同時(shí)，將HPI8接口安排在S3C44B0X的BANK2（即地址范圍0X04000000～0X05FFFFFF），而且S3C44B0X具有內部譯碼器，直接產(chǎn)生片選信號nGCS2。由于C54X HPI8是一個(gè)8位的并行端口，而C5416的內部結構為16位，因而主機必須讀/寫(xiě)兩個(gè)連續的8位字節，而且主機還應該提供HBIL信號指示當然傳輸的是第一字節還是第二字節。在S3C44B0X中，可以直接使用址線(xiàn)A1來(lái)完成此功能：當向A1=0的地址寫(xiě)入數據時(shí)，表示為第一字節；向A1=1的地址寫(xiě)入數據表示第二字節。 另外，還有幾個(gè)關(guān)鍵的控制信號線(xiàn)需要連接。一個(gè)就是HR/W信號，由于S3C44B0X沒(méi)有此信號，使用地址線(xiàn)A4來(lái)代替。當A4=1時(shí)，代表讀操作，反之為寫(xiě)操作。在HPI8的操作中，所有的地址線(xiàn)和控制線(xiàn)在HDS1/2的下降沿采樣，用S3C44B0X的讀/寫(xiě)信號nOE和nWE來(lái)完成此功能。 由于S3C44B0X和C5416 HPI接口的控制邏輯不盡相同，需要使用其它的一些信號線(xiàn)來(lái)進(jìn)行模擬，此時(shí)要嚴格遵循HPI的讀寫(xiě)時(shí)序（如圖1所示）。 3.2 軟件設計 由于主機接口（HPI）傳送8位數據字節，而HPIC寄存器（通常是S3C44B0X首先要尋址的寄存器）是一個(gè)16位寄存器，在S3C44B0X這一邊可以相同內容的高字節與低字節來(lái)管理HPIC寄存器（盡管某些位的尋址受到一定的限制），在C54X這一邊高位不用。 當主機開(kāi)始存取DSP的數據時(shí)，首先要執行以下兩步操作： ·HPIC寄存器的BOB位置1（高字節與低字節必須相同）。BOB位為字節選擇位。BOB位置1，表示第一字節為低字節。BOB位影響數據和地址的傳送。只有主機可以修改這一位，C54X對它既不能讀也不能寫(xiě)。 ·將起始地址寫(xiě)入HPIA寄存器。 此后可正常存取DSP內部RAM的數據了。 結合硬件設計和HPI的操作步驟，便可以在S3C44B0X上編寫(xiě)程序實(shí)現C5416的數據通信。 程序主要分為兩個(gè)部分：一部分是地址及數據的定義；一部分是實(shí)現代碼。具體程序如下： #define HPI_BASE 0x4000000 /* HPIC reg */ #define HPIC_W_F *(UINT8*)(HPI_BASE+0x0) //000 0 0 #define HPIC_W_S *(UINR8 *)(HPI_BASE +0x2) //000 1 0 #define HPIC_R_F *(UINT8 *) (HPI_BASE + 0x10) //110 0 0 #define HPIC_R_S *(UNIT8 *)(HPI_BASE+0x12) //110 1 0 /*define HPID_W_A_F *(UINT8 *)(HPI_BASE +0x4) //001 0 0 #define HPID_W_A_S *（UINT8 *）（HPI_BASE + 0x6） //001 1 0 #define HPID_R_A_F *(UINT8 *) (HPI_BASE+0x14) //101 0 0 #define HPID_R_A_S *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x16) //101 1 0 /* HPIA reg */ #define HPIA_W_F *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x8) //010 0 0 #define HPIA_W_S *(UINT8 *)(HPI_BASE +0xA) //010 1 0 #define HPIA_R_F *(UINT8 *)(HPI_BASE +0x18) //110 0 0 #define HPIA_R_S *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x1A) //110 1 0 上述這些宏定義了HPI8接口寄存器的地址。對S3C44B0X來(lái)說(shuō)，HPI8占用其內存的BANK2，即起始地址為0X04000000。又由于HPI8的HR/W和HBIL信號用S3C44B0X的地址線(xiàn)實(shí)現，因此對同一個(gè)寄存器而言，其讀寫(xiě)地址不同。 以下代碼從DSP讀出數據： UINT16 read_dsp（UINT16 addr） { INT16 i; INT8 j; set_hpia(addr); //設置起始地址 i=HPID_R_A_F; //讀出第一字節 j=HPID_R_A_S； //讀出第二字節 return (i>8）%26;amp; 0xff）; //寫(xiě)入第一字節 HPID_W_A_S=（UINT8）（dat %26;amp; 0xff）； //寫(xiě)入第二字節 } 在嵌入式系統設計中，用S3C44B0X作為主控制器，用TMS320C5416進(jìn)行運算，然后通過(guò)HPI接口進(jìn)行通信和交換數據。事實(shí)證明，用HPI接口在A(yíng)RM和DSP間通信滿(mǎn)足嵌入式系統的實(shí)時(shí)性要求。 |
