1.引言

TMS320VC5402（簡稱VC5402）是TI公司的DSP處理器，具有高級的數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)和豐富的片內(nèi)資源。但是VC5402 DSP內(nèi)部不具有可編程的非易失片內(nèi)存儲器，所以為了保存程序代碼和參數(shù)表，一般情況下要外擴一片存儲器。VC5402可用的通用輸入輸出口（I/O port）少，軟件上對I/O口的控制不靈活，沒有對I/O口按位控制的指令，且具有流水線延遲。多不具有通用的通信接口如UART接口，CAN總線接口等，對控制的支持功能較少。AVR（Advanced RISC Architecture）單片機是ATMEL公司的flash型單片機，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理和控制領(lǐng)域，具有豐富的片內(nèi)資源和靈活的接口形式。片內(nèi)往往集成了幾十kB乃至幾百kB的flash存儲器，每個端口幾乎都可以通過軟件設(shè)置為通用的I/O口和具有特殊功能的端口。將AVR單片機和VC5402處理器相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)點將是一個很好的設(shè)計方案。本文詳細描述了AVR型單片機ATMEL64L和VC5402的HPI接口的硬件設(shè)計原理和軟件設(shè)計構(gòu)架，同時詳細闡述了VC5402 HPI形式的bootloader方法及AVR實現(xiàn)方法。

2.  硬件設(shè)計原理

2.1. VC5402的HPI接口

VC5402的HPI接口是一個增強版的8位并行的HPI接口簡稱為HPI-8[1]。在 HPI-8接口中VC5402是從機。主機可以訪問VC5402中位于0x60～0x3FFF存儲器空間的片內(nèi)存儲器，這一區(qū)域是VC5402用戶可用的所有的片內(nèi)存儲器資源。主機通過兩個寄存器：地址寄存器（HPIA）和數(shù)據(jù)寄存器（HPID）訪問VC5402內(nèi)部的存儲器。還有一個控制寄存器（HPIC）包含有控制和狀態(tài)信息。HCNTL[0..1]是HPIA、HPID和HPIC的選址信號。同時，VC5402對 HCNTL[0..1]＝“01”設(shè)置了特殊的訪問模式以加快主機訪問片內(nèi)存儲器的速度。此時主機讀寫HPID的內(nèi)容不用每次設(shè)置HPIA，當主機讀 HPID時VC5402將當前HPIA所指出的片內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)傳送到HPID寄存器，同時HPIA的內(nèi)容減1，當主機寫HPID時DSP先將當前 HPIA的內(nèi)容加1，然后由此時HPIA所指出的片內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)傳送到HPID寄存器。由此可見此種方式比較適合于主機訪問DSP內(nèi)部的連續(xù)存儲器空間。由于DSP內(nèi)部是按著16位的數(shù)據(jù)進行組織，所以主機通過8位的HPI口進行讀寫操作都必須由兩次操作組成，在兩次操作中由HBIL信號標明高低位字節(jié)。

2.2. ATMEL64L簡介

AVR單片機是ATMEL公司的8位高性能的低功耗微控制器。具有高級的精簡指令集結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)指令都是單周期指令，執(zhí)行速度快。ATMEL64L是 Atmega103的升級版，具有64k字節(jié)在線可編程的flash存儲器，可用于存儲程序和固定的數(shù)據(jù)。具有2k字節(jié)的EEPROM，位于數(shù)據(jù)區(qū)，可用于保存參數(shù)表。具有4k字節(jié)的SRAM，為動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲建立了可能。豐富的指令集、大容量而多樣的存儲器結(jié)構(gòu)增加了ATMEL64L程序設(shè)計的靈活性。另外ATMEL64L還具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，諸如：USART、SPI、定時器/計數(shù)器、PWM通道、在片的模擬比較器等，提供了豐富的通信及控制資源。

2.3. 硬件設(shè)計實現(xiàn)

ATMEL64L和TMS320VC5402的HPI-8接口的硬件設(shè)計關(guān)鍵在于實現(xiàn)HPI-8接口的邏輯時序。我們研究ATMEL64L外部數(shù)據(jù)空間的讀寫時序[2]和HPI-8接口時序[1]發(fā)現(xiàn)：AVR的ALE信號在下降沿鎖存低8位地址信號（DA7:0），而HAS信號也是在下降沿鎖存HCNTL[0..1]、HBIL和HRW信號。在 AVR的WR信號的上升沿數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)DA7:0已處于有效狀態(tài)，在RD信號的上升沿來臨時數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)DA7:0必須處于有效狀態(tài)，同時HPI- 8的兩個數(shù)據(jù)存儲信號HDS1和HDS2均是在上升沿將相應(yīng)的寄存器內(nèi)容設(shè)置到HD[7..0]上或是將HD[7..0]的數(shù)據(jù)鎖存到相應(yīng)的寄存器。由此可見HPI-8的重要控制線均可以和AVR相應(yīng)的控制線直接相連而不需要其他邏輯電路。設(shè)計的電路原理圖見圖1。

               圖1 電路原理圖

當DSP退出復(fù)位狀態(tài)后，30個有效時鐘周期內(nèi)觸發(fā)了一個有效的DSP中斷2，則DSP將僅進入HPI的 bootloader加載方式。原理圖中將HINT引腳和DSP INT2引腳直接相連就是為了DSP復(fù)位后實時的觸發(fā)DSP INT2中斷。VC5402通過ATMEL64L的INT2中斷申請加載DSP程序

3.HPI bootloader方式的實現(xiàn)

3.1. DSP bootloader方式簡介

DSP的bootloader模式就是將DSP的程序代碼和參數(shù)表由存儲位置移動到運行位置。之所以采用這一方式主要出于以下幾方面的考慮：

1．DSP系統(tǒng)的運行速度很快，如果程序代碼存儲在訪問速度較慢的非易失存儲器，將嚴重影響數(shù)據(jù)處理的速度。為提高效率有必要將程序代碼移動到快速的存儲空間[3]。

2．將程序代碼存儲位置和運行位置分開將有利于軟件的在線升級。

VC5402的片內(nèi)ROM存儲器0xF800～0xFBFF中有TI公司固化的bootloader程序[3][4]。當VC5402處于微計算機模式時，其復(fù)位后首先執(zhí)行bootloader程序。Bootloader程序依次掃描各種加載方式，當某一種方式滿足時，程序停止掃描，開始以此種方式加載DSP程序。這里我只介紹HPI方式的bootloader,其他方式的bootloader加載方法請參考[5-7]。當DSP查詢到有INT2中斷發(fā)生時就進入HPI方式的bootloader，清零0x007F存儲器單元，設(shè)置HINT信號向主機發(fā)送中斷請求。查詢 0x007F單元的內(nèi)容是否為零，當不為零時表明DSP程序加載完畢。將0x007F單元的內(nèi)容作為程序的入口地址開始執(zhí)行加載的DSP程序。

3.2.HPI bootloader方式的軟件實現(xiàn)框架

通過CCS將DSP源程序編譯連接成COFF文件格式得到.out文件。然后，由.out文件獲得DSP代碼的二進制文件。在AVR的C語言編輯環(huán)境ICCAVR V6.30C中采用下述方法將DSP的代碼數(shù)據(jù)配置到AVR flash空間。要注意const關(guān)鍵字使用。

  /* dsp vector section data. start address = 0x1000, length = 0x78 */
const unsigned int vector[120]={0xF073,0x3000,…,0xF495};

當DSP進入HPI Bootloader方式時，AVR的外部中斷2產(chǎn)生。AVR響應(yīng)外部中斷2傳輸完相應(yīng)的數(shù)據(jù)段到DSP對應(yīng)的片內(nèi)存儲器后要撤銷DSP的中斷申請。軟件框架如下：

#pragma interrupt_handler int2_isr:4
void int2_isr(void)
{
unsigned int number;
HPIAL = 0x0f;
HPIAH = 0xff;
for(number=0;number<120;number++)    /* 傳送vector數(shù)據(jù)段 */
{
             AUTOWL = vector[number]>>8;
   AUTOWH = vector[number];
}
……                                      /* 傳送其他數(shù)據(jù)段 */
  HPIAL = 0x00;                          /* 設(shè)置DSP程序入口地址 */
HPIAH = 0x7f;
WRITEL = 0x30;
WRITEH = 0x00;
while(((PIND & 0x04)==0x00))        /* 撤銷DSP的中斷申請 */
         {
HPICL = 0x0;
HPICH = 0x8;
    }
  }

4. 通信軟件設(shè)計框架

4.1. 主控器AVR命令的發(fā)布

AVR是主控器，DSP是從機。AVR和DSP之間通過DSP內(nèi)部存儲器的命令緩沖區(qū)和響應(yīng)標識緩沖區(qū)交換信息。AVR觸發(fā)DSP的HPI中斷通知DSP 有新的命令，DSP通過向響應(yīng)標識緩沖區(qū)寫入不同的內(nèi)容向AVR表明DSP所處的狀態(tài)。AVR通過查詢的方式確定DSP的處理狀態(tài)。

AVR發(fā)布命令的程序框架：
          HPIAL = 0x00;
              HPIAH = 0x60;
              WRITEL = orderhighbyte;
              WRITEH = orderlowbyte;  /* 向命令緩沖區(qū)0x60寫入命令*/
              HPIAL = 0x00;
              HPIAH = 0x61;
              WRITEL = orderhighparameter;
              WRITEH = orderlowparameter; /*向命令緩沖區(qū)0x61寫入命令參數(shù)*/
              HPICL = 0x0;                   /*觸發(fā)DSP中斷*/
             HPICH = 0x4;
dsphpidata = 0x00;
HPIAL = 0x00;
HPIAH = 0x62;
while((dsphpidata != 0xaa)) /*判斷響應(yīng)標識區(qū)0x62內(nèi)容是否為0xaaaa*/
              {
                dsphpidata = READL;
              dsphpidata = READH;
              }
……

4.2. DSP對主控器命令的執(zhí)行

AVR發(fā)給DSP的命令由DSP在HPI中斷中處理。DSP需要設(shè)置命令和響應(yīng)緩沖區(qū)、處理響應(yīng)的命令和設(shè)置響應(yīng)標志等工作。軟件設(shè)計框架如下：

interrupt void HPINT_isr(void);
#pragma DATA_SECTION(orderbuffer,"order_sec")   /* 設(shè)置命令和響應(yīng)緩沖區(qū) */
volatile unsigned int orderbuffer[8];
……
interrupt void HPINT_isr(void)
{
         switch(order[0])
         {
              case order1：              /* 處理命令1 */
                 ……
                 orderbuffer[2] = 0xaaaa;     /* 處理完命令1，設(shè)置響應(yīng)標志 */
              break；
              ……
          }
}

5. 結(jié)論

1）  本文詳細分析了AVR和TMS320VC5402 HPI接口通信軟硬件設(shè)計，給出了硬件設(shè)計原理圖和軟件設(shè)計框架。實際測試表明該系統(tǒng)設(shè)計方案運行可靠。

2）  利用AVR控制功能強、集成flash存儲器和DSP運算功能強、程序代碼配置靈活的特點，形成AVR和DSP之間優(yōu)勢互補，是一個可以選擇的合理的系統(tǒng)設(shè)計方案。

3）  有些DSP芯片內(nèi)部集成的bootloader程序通過HPI口只能配置內(nèi)部存儲器，對于DSP程序比較大的系統(tǒng)僅僅利用集成的bootloader程序不能完成全部加載工作。此時用戶可以自行設(shè)計一個bootloader程序，將大的DSP程序加載到外部存儲器空間。

6.參考文獻
[1] Texas Instruments Inc. TMS320C54x DSP Reference Set Volume 5: Enhanced Peripherals. P182～287
[2] Atmel Incorporation. ATMEL64/ATMEL64L preliminary.
[3] Texas Instruments. TMS320VC5402 and TMS320UC5402 Bootloader.
[4] Texas Instruments. TMS320VC5402 FIXED POINT DIGITAL SIGNAL PROCESSOR data sheet.
[5] Texas Instruments. A Practical Application of the TMS320C54x Host Port Interface（HPI）.
[6] 李忠,李峰. DSP編程的幾個關(guān)鍵問題. 電子技術(shù)應(yīng)用, 2003,1:15-17.
[7] 香勇,施克仁. TMS320C54x的加載引導(dǎo). 國外電子元器件, 2003,3:4-7.