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1 引言 自動化控制要求實時采集數據，快速控制，多樣分析，通信靈活，雖然采用單個處理器構成的硬件平臺不能滿足要求。采用以MCU+DSP雙處理器為核心的硬件平臺則是較合理的設計方案。利用DSP實現數據實時采集、分析、計算；MCU完成管理、通信、人機接口等異步系統控制功能。該硬件平臺的MCU與DSP接口設計與數據傳輸是系統設計的重要部分，將直接影響系統性能和數據傳輸效率。數據傳輸通常采用雙端口RAM、串行通信、并行主機等接口方式。其中，并行主機接口的方式可以滿足大量數據實時傳輸要求。這里以MCF5272型和ADSP-BF527型數字信號處理器構建一種MCU+DSP雙處理器的嵌入式平臺，詳細論述DSP通過主機DMA端口(Host DMA Port，簡稱HOSTDP)實現主機引導加載程序以及DSP與主機的通信。 2 MCU+DSP雙處理器接口設計 圖l為MCU+DSP雙處理器ADSP-BF527與MCF5272的接口電路。該嵌入式平臺采用ColdFire系列的MCF5272型MCU作為主機。MCF5272具有基于第二代ColdFire V2的內核，32位數據和地址總線，SDRAM接口，4個16位定時器，3通道PWM輸出，主頻高達66 MHz，豐富的外部接口和較強的通信功能。此外，該器件還具有出色的編碼密度和系統性能。 該系統DSP采用ADSP-BF527型數字信號處理器，該器件采用了微信號架構(MSA)，時鐘頻率達600 MHz，功耗低至O．8 V，支持強大的片上總線系統，具有多個獨立的DMA控制器，擁有較強的并行數據處理能力。ADSP-BF527帶有一個HOSTDP，便于與外部主機構成雙處理器架構，完成多種數據處理和控制任務。ADSP-BF527的HOSTDP內部分為主機外部接口模塊(HEI)、外圍訪問總線(PAB)接口模塊、FIFO模塊、控制邏輯模塊和DMA接口模塊。 圖1中，接口電路各信號的功能為：HWAIT為握手信號，防止Boot Kernel忙時主機寫數據；HOST_DATA為16位數據總線，主機與從機數據交換的通道；HOST_ADDR為訪問屬性信號，O表示訪問數據接口，l表示訪問配置接口；HOST_CE為主機對從機使能；HOST_WR為主機寫入HOSTDP使能信號；HOST_RD為主機讀取HOSTDP使能信號；HOST_ACK為數據傳輸握手信號，應答模式下為HRDY，中斷模式下為FRDY；TOUT為讀寫操作超時信號，應答模式下Host—Timeout計數溢出時產生；BMODE[3：0]為啟動模式設置信號。 3 ADSP—BF527啟動與程序加載 ADSP—BF527復位包括硬件和軟件復位，復位中斷優先級最高。當釋放RESET信號后，該處理器開始從片內BootROM的0xEF00 0000地址讀取指令并執行。片內Boot ROM含有一個Boot引導核，用于預引導和加載用戶數據。 3．1 預引導 ADSP—BF527復位后，Boot引導核首先調用Preboot子程序。Preboot子程序通過訪問一次可編程ROM(OTP)中的工廠設置頁(FPS)和預引導設置頁(PBS)來設置系統映射寄存器(MMR)，包括鎖相環(PLL)、電源調節、SDRAM控制器、異步外部總線接口單元(EBIU)、HWAIT的信號模式以及0TP定制引導。 PBS由用戶設置，每次使用4頁。當PBS出現錯誤時，可置0TPINVALID位，使其無效，再使用下一個4頁。如果設置PBS首頁的PLL和電源調節錯誤，可采用BMODE=0000引導模式補救。該模式預引導程序不讀取PBS頁，FPS處理后，ADSP-BF527處理器變為空閑狀態。 處于安全考慮，PBS頁設置引導模式禁止／使能位，禁止其他引導方式。這樣即使BMODE引腳設置對應這些禁止引導方式，不會引導Boot引導核進入空閑狀態。 3．2 引導模式設置 預引導結束后，Boot引導核根據BMODE[3：0]引腳設置啟動相應的引導方式加載用戶數據(引導流)。引導流為已定義格式，包含若干數據塊和特殊指令，每數據塊都含有一個16字節的塊頭，該塊頭由DSP的開發工具Visual DSP++設置生成，用于指示引導核是否完成引導過程。BMODE[3：0]引腳設置的引導模式包括無引導、主機引導和從機引導模式。引導模式設置如表1所示。 其中無引導模式由廠商編程設置0TP頁完成。主機引導模式中DSP自行加載用戶數據．通常是從并行接口的Flash或者SPI、TWI接口的存儲器讀取數據。從機模式DSP作為從機，主機控制RESET信號。通常主機先設置RESET信號，然后通過檢測HWAIT引腳等待預引導程序實現，最后提供加載用戶數據。 3．3 HOST DMA引導模式 該系統為MCU+DSP架構，主處理器MCF5272通過HOSTDP控制從機ADSP-BF527。ADSP—BF527的程序作為MCF5272數據寫入Flash存儲器中。該系統加電復位后，MCF5272向從機加載程序并引導啟動。因此采用HOST DMA引導設計較靈活，獨立存儲器個數少，提高性能并降低成本。系統維護時，Flash中ADSP-BF527程序通過修改主機通信接口，提高產品維護效率。該設計的BMODE[3：0]引腳電平設置為1110，采用從機16位HOSTDP引導模式。 當主機復位ADSP—BF527后，ADSP-BF527可從片上BootROM的0xEF00 0000地址執行預引導程序。預引導結束后，向主機發送HWAIT信號，主機開始向ADSP—BF527加載用戶數據。用戶數據加載完成后，主機發送HIR9命令，ADSP-BF527引導核執行調用指令，程序指針跳至EVTl寄存器內用戶應用程序的首地址，將控制權交給用戶應用程序。此時，引導結束。ADSP-BF527處理器繼續執行用戶應用程序。 4 HOSTDP數據傳輸 ADSP-BF527通過外設接口總線設置HOST CONTROL寄存器的HOST_EN位使能HOSTDP。如果禁止HOSTDP，應在清除HOST_EN位前將HOST_RST置位。一旦使能HOSTDP則由外部主機控制。外部主機通過編程設置DMA發送和接收數據，并將其存儲到ADSP-BF527有效的內部和外部存儲器中。 4．1 HOSTDP設置 數據傳輸前，主機需配置DMA控制器。主機首先讀取從機HOST_STATUS寄存器的ALLOW_CNFG位。如果允許配置，主機將向HOSTDP發送7個16位控制字。主機通過這些控制字配置HOSTDP的DMA讀寫、DMA模式、起始地址等參數。接收所有控制字后，ADSP-BF527根據控制字重新配置HOETDP。在配置完成前，主機處理器不允許提供新控制字。通過寫入控制字，該設計將DMA設置為應答模式，數據傳輸采用停止模式。 總線寬度16位，以先傳輸低位數據的順序傳輸數據。配置完成后，主機以所配置的方式讀寫數據，從而實現數據傳輸。數據傳輸過程中，通過ADSP-BF527軟件編程設置控制寄存器中HER和EHW位使能或禁止主機讀寫HOSTDP，HER和EHW的設置，不會影響到寫配置口、控制命令和讀狀態。由于主機不能查詢HOSTDP的HER和EHW位，因此，該系統設計ADSP-BF527一直保持HER和EHW位使能。 4．2 數據讀寫流程 當使能HOSTDP,DMA通道配置后，主機通過所配置的DMA通道與ADSP—BF527通信。數據讀寫時，在有效數據的最后需附加一個傳輸終止字確保數據傳輸。數據寫操作用于主機向從機的數據傳輸。MCF5272將ADSP-BF527所需的信號與設置寫入HOSTDP的FIFO，DMA同時將從FIFO移出數據，并存儲到DMA配置字規定的存儲器。數據讀操作用于從機向主機數據傳輸。ADSP—BF527的DMA將從機存儲器中的數字信號處理結果移至HOSTDP的FIFO。主機執行讀操作，從FIFO中讀取數據。 停止模式下ADSP-BF527的HOSTDP讀寫操作流程如圖2所示。其中，DMA_DONE位在DMA將FIFO數據移出后置1，在下一次主機寫數據時置O。HOSTRD_DONE位在主機將FIFO的數據移出后置l，下一次主機讀操作，DMA向FIFO傳輸數據時置為0。 應答模式下，主機對HOSTDP的操作時序如圖3所示。在預定讀寫溢出時間內，ADSP-BF527仍未完成相應的讀寫操作，主機未接收到HRDY信號，主機超時寄存器計數溢出并產生超時中斷。該設計的中斷服務程序首先通過GPIO引腳告知主機數據讀寫失敗，停止DMA通道數據傳輸；當主機重置HRDY信號為高電平，允許下一周期繼續傳輸數據；并禁止HOSTDP，在停止模式下，具體的主機讀寫數據流程如圖4所示。 5 結語 隨著自動化領域監測、控制任務對嵌入式系統的要求不斷提高，多處理器硬件系統模式的快速發展，電子技術和半導體加工工藝的發展促使DSP和MCU的融合。因此，MCU+DSP的雙處理器結構已成為多核處理器的發展方向。 |
