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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(shù)據(jù)接口技術，并結出了硬件連接圖和軟件代碼。 后PC時代，嵌入式產品逐漸占領市場。而這些嵌入式產品的核心——處理器決定了產品的市場和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式處理器的主要特點。在32位嵌入式處理器市場中，ARM占有78.6%的份額。而TI而占有DSP市場的絕大部分份額。通常的嵌入式系統(tǒng)設計中，由微控制器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制，由DSP來執(zhí)行計算密集型操作，然后通過一定的手段實現(xiàn)微控制器與DSP之間的通信和數(shù)據(jù)交換。因此，如何高效地設計控制器（ARM）與DSP之間的接口以滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性要求，在嵌入式系統(tǒng)設計中顯得尤為重要。 1 ARM CPU S3C44B0X的特點 ARM是一款32位的精簡指令集（RISC）處理器架構，以其高性能、低功耗、低成本占有市場。由于ARM公司采用IP授權的方式經營，全球幾乎所有的大半導體公司都有基于ARM的SOC芯片。 S3C44B0X是SAMSUNG（三星）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，非常適合嵌入式產品的開發(fā)。其特點如下： ·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(tǒng)主頻最高達66MHz； ·4種工作模式，可以實現(xiàn)電源管理以降低系統(tǒng)功耗； ·8KB的系統(tǒng)高速緩存（CACHE），極大地提高了系統(tǒng)運行速度； ·支持8個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個通用I/O口； ·8通路模/數(shù)轉換器（ADC）； ·實時時鐘（RTC）和看門狗電路（WATCHDOG）。 2 C54X DSP及其HPI接口 2.1 C54X DSP的特點 以高速、低功耗為特征的C54X系列DSP采用先進的改進型哈佛結構，具有分離的數(shù)據(jù)總線和程序總線，片內集成了ROM、RAM和多個外設，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）。 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：增強型允許主機訪問DSP內部的所有片內RAM，而標準只能訪問RAM區(qū)中指定的2K字。 以TMS320C5416（簡稱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(shù)據(jù)線HD0～HD7和10根控制器。主機主動通過HPI口訪問DSP的內部RAM以及其它資源。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標志）需要DSP干涉外，C5416幾乎不用進行其他操作，片內的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，就可以在所設安全機制的允許范圍下讀/寫DSP的所有或部分片內RAM。 表1 HCNTL0/1的選擇功能描述 HCNTL1 HCNTL0 說明 0 0 主機讀/寫HPI控制寄存器--HPIC。 0 1 主機以地址自動增的模式讀/寫HPI數(shù)據(jù)鎖存器--HPID。若為讀操作，則HPI地址寄存器HPIA自動讀后增1；若為寫操作，則HPIA自動寫后增1。 1 0 主機讀/寫HPI地址寄存器--HPIA，該地址指向C54X的片內RAM。 1 1 主機讀/寫HPI數(shù)據(jù)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，每個傳遞必須要有2個傳遞周期才能完成。HBIL信號用于區(qū)分傳遞的字節(jié)是當前字的第一字節(jié)還是第二字節(jié)。通過設置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節(jié)是這個字的高字節(jié)還是低字節(jié)。 2.3 時序圖 C54X HPI8的時序如圖1所示，該時序可滿足市場上大多數(shù)微控制器的時序特片。因此，C54X可以通過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 TMS320C5416與S3C44B0X連接的接口電路如圖2所示。由圖2可見，C54X通過HPI8與主機設備相連時，除了8位HPI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。 從HPI寄存器的編址方式可以看出，主機只需兩根地址線（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(shù)據(jù)寄存器。同時，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，直接產生片選信號nGCS2。由于C54X HPI8是一個8位的并行端口，而C5416的內部結構為16位，因而主機必須讀/寫兩個連續(xù)的8位字節(jié)，而且主機還應該提供HBIL信號指示當然傳輸?shù)氖堑谝蛔止?jié)還是第二字節(jié)。在S3C44B0X中，可以直接使用址線A1來完成此功能：當向A1=0的地址寫入數(shù)據(jù)時，表示為第一字節(jié)；向A1=1的地址寫入數(shù)據(jù)表示第二字節(jié)。 另外，還有幾個關鍵的控制信號線需要連接。一個就是HR/W信號，由于S3C44B0X沒有此信號，使用地址線A4來代替。當A4=1時，代表讀操作，反之為寫操作。在HPI8的操作中，所有的地址線和控制線在HDS1/2的下降沿采樣，用S3C44B0X的讀/寫信號nOE和nWE來完成此功能。 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來進行模擬，此時要嚴格遵循HPI的讀寫時序（如圖1所示）。 3.2 軟件設計 由于主機接口（HPI）傳送8位數(shù)據(jù)字節(jié)，而HPIC寄存器（通常是S3C44B0X首先要尋址的寄存器）是一個16位寄存器，在S3C44B0X這一邊可以相同內容的高字節(jié)與低字節(jié)來管理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。 當主機開始存取DSP的數(shù)據(jù)時，首先要執(zhí)行以下兩步操作： ·HPIC寄存器的BOB位置1（高字節(jié)與低字節(jié)必須相同）。BOB位為字節(jié)選擇位。BOB位置1，表示第一字節(jié)為低字節(jié)。BOB位影響數(shù)據(jù)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。 ·將起始地址寫入HPIA寄存器。 此后可正常存取DSP內部RAM的數(shù)據(jù)了。 結合硬件設計和HPI的操作步驟，便可以在S3C44B0X上編寫程序實現(xiàn)C5416的數(shù)據(jù)通信。 程序主要分為兩個部分：一部分是地址及數(shù)據(jù)的定義；一部分是實現(xiàn)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來說，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的地址線實現(xiàn)，因此對同一個寄存器而言，其讀寫地址不同。 以下代碼從DSP讀出數(shù)據(jù)： 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(jié) j=HPID_R_A_S； //讀出第二字節(jié) return (i>8）%26;amp; 0xff）; //寫入第一字節(jié) HPID_W_A_S=（UINT8）（dat %26;amp; 0xff）； //寫入第二字節(jié) } 在嵌入式系統(tǒng)設計中，用S3C44B0X作為主控制器，用TMS320C5416進行運算，然后通過HPI接口進行通信和交換數(shù)據(jù)。事實證明，用HPI接口在ARM和DSP間通信滿足嵌入式系統(tǒng)的實時性要求。 |
