MCU+DSP雙處理器的嵌入式平臺構(gòu)建

自動化控制要求實時采集數(shù)據(jù)，快速控制，多樣分析，通信靈活，雖然采用單個處理器構(gòu)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(shè)計方案。利用DSP實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集、分析、計算;MCU完成管理、通信、人機(jī)接口等異步系統(tǒng)控制功能。該硬件平臺的MCU與DSP接口設(shè)計與數(shù)據(jù)傳輸是系統(tǒng)設(shè)計的重要部分，將直接影響系統(tǒng)性能和數(shù)據(jù)傳輸效率。數(shù)據(jù)傳輸通常采用雙端口RAM、串行通信、并行主機(jī)等接口方式。其中，并行主機(jī)接口的方式可以滿足大量數(shù)據(jù)實時傳輸要求。這里以MCF5272型和ADSP-BF527型數(shù)字信號處理器構(gòu)建一種MCU+DSP雙處理器的嵌入式平臺，詳細(xì)論述DSP通過主機(jī)DMA端口(Host DMA Port，簡稱HOSTDP)實現(xiàn)主機(jī)引導(dǎo)加載程序以及DSP與主機(jī)的通信。

　　2 MCU+DSP雙處理器接口設(shè)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(jī)。MCF5272具有基于第二代ColdFire V2的內(nèi)核，32位數(shù)據(jù)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(dá)66 MHz，豐富的外部接口和較強(qiáng)的通信功能。此外，該器件還具有出色的編碼密度和系統(tǒng)性能。

　　圖1 ADSP-BF527與MCF5272的接口電路

　　該系統(tǒng)DSP采用ADSP-BF527型數(shù)字信號處理器，該器件采用了微信號架構(gòu)(MSA)，時鐘頻率達(dá)600 MHz，功耗低至O.8 V，支持強(qiáng)大的片上總線系統(tǒng)，具有多個獨(dú)立的DMA控制器，擁有較強(qiáng)的并行數(shù)據(jù)處理能力。ADSP-BF527帶有一個HOSTDP，便于與外部主機(jī)構(gòu)成雙處理器架構(gòu)，完成多種數(shù)據(jù)處理和控制任務(wù)。ADSP-BF527的HOSTDP內(nèi)部分為主機(jī)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(jī)寫數(shù)據(jù);HOST_DATA為16位數(shù)據(jù)總線，主機(jī)與從機(jī)數(shù)據(jù)交換的通道;HOST_ADDR為訪問屬性信號，O表示訪問數(shù)據(jù)接口，l表示訪問配置接口;HOST_CE為主機(jī)對從機(jī)使能;HOST_WR為主機(jī)寫入HOSTDP使能信號;HOST_RD為主機(jī)讀取HOSTDP使能信號;HOST_ACK為數(shù)據(jù)傳輸握手信號，應(yīng)答模式下為HRDY，中斷模式下為FRDY;TOUT為讀寫操作超時信號，應(yīng)答模式下Host—Timeout計數(shù)溢出時產(chǎn)生;BMODE[3：0]為啟動模式設(shè)置信號。

　　3 ADSP—BF527啟動與程序加載

　　ADSP—BF527復(fù)位包括硬件和軟件復(fù)位，復(fù)位中斷優(yōu)先級最高。當(dāng)釋放RESET信號后，該處理器開始從片內(nèi)BootROM的0xEF00 0000地址讀取指令并執(zhí)行。片內(nèi)Boot ROM含有一個Boot引導(dǎo)核，用于預(yù)引導(dǎo)和加載用戶數(shù)據(jù)。

　　3.1 預(yù)引導(dǎo)

　　ADSP—BF527復(fù)位后，Boot引導(dǎo)核首先調(diào)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(shè)置頁(FPS)和預(yù)引導(dǎo)設(shè)置頁(PBS)來設(shè)置系統(tǒng)映射寄存器(MMR)，包括鎖相環(huán)(PLL)、電源調(diào)節(jié)、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(dǎo)。

　　PBS由用戶設(shè)置，每次使用4頁。當(dāng)PBS出現(xiàn)錯誤時，可置0TPINVALID位，使其無效，再使用下一個4頁。如果設(shè)置PBS首頁的PLL和電源調(diào)節(jié)錯誤，可采用BMODE=0000引導(dǎo)模式補(bǔ)救。該模式預(yù)引導(dǎo)程序不讀取PBS頁，F(xiàn)PS處理后，ADSP-BF527處理器變?yōu)榭臻e狀態(tài)。

　　處于安全考慮，PBS頁設(shè)置引導(dǎo)模式禁止/使能位，禁止其他引導(dǎo)方式。這樣即使BMODE引腳設(shè)置對應(yīng)這些禁止引導(dǎo)方式，不會引導(dǎo)Boot引導(dǎo)核進(jìn)入空閑狀態(tài)。

3.2 引導(dǎo)模式設(shè)置

　　預(yù)引導(dǎo)結(jié)束后，Boot引導(dǎo)核根據(jù)BMODE[3：0]引腳設(shè)置啟動相應(yīng)的引導(dǎo)方式加載用戶數(shù)據(jù)(引導(dǎo)流)。引導(dǎo)流為已定義格式，包含若干數(shù)據(jù)塊和特殊指令，每數(shù)據(jù)塊都含有一個16字節(jié)的塊頭，該塊頭由DSP的開發(fā)工具Visual DSP++設(shè)置生成，用于指示引導(dǎo)核是否完成引導(dǎo)過程。BMODE[3：0]引腳設(shè)置的引導(dǎo)模式包括無引導(dǎo)、主機(jī)引導(dǎo)和從機(jī)引導(dǎo)模式。引導(dǎo)模式設(shè)置如表1所示。

　　其中無引導(dǎo)模式由廠商編程設(shè)置0TP頁完成。主機(jī)引導(dǎo)模式中DSP自行加載用戶數(shù)據(jù).通常是從并行接口的Flash或者SPI、TWI接口的存儲器讀取數(shù)據(jù)。從機(jī)模式DSP作為從機(jī)，主機(jī)控制RESET信號。通常主機(jī)先設(shè)置RESET信號，然后通過檢測HWAIT引腳等待預(yù)引導(dǎo)程序?qū)崿F(xiàn)，最后提供加載用戶數(shù)據(jù)。

　　3.3 HOST DMA引導(dǎo)模式

　　該系統(tǒng)為MCU+DSP架構(gòu)，主處理器MCF5272通過HOSTDP控制從機(jī)ADSP-BF527。ADSP—BF527的程序作為MCF5272數(shù)據(jù)寫入Flash存儲器中。該系統(tǒng)加電復(fù)位后，MCF5272向從機(jī)加載程序并引導(dǎo)啟動。因此采用HOST DMA引導(dǎo)設(shè)計較靈活，獨(dú)立存儲器個數(shù)少，提高性能并降低成本。系統(tǒng)維護(hù)時，F(xiàn)lash中ADSP-BF527程序通過修改主機(jī)通信接口，提高產(chǎn)品維護(hù)效率。該設(shè)計的BMODE[3：0]引腳電平設(shè)置為1110，采用從機(jī)16位HOSTDP引導(dǎo)模式。

　　當(dāng)主機(jī)復(fù)位ADSP—BF527后，ADSP-BF527可從片上BootROM的0xEF00 0000地址執(zhí)行預(yù)引導(dǎo)程序。預(yù)引導(dǎo)結(jié)束后，向主機(jī)發(fā)送HWAIT信號，主機(jī)開始向ADSP—BF527加載用戶數(shù)據(jù)。用戶數(shù)據(jù)加載完成后，主機(jī)發(fā)送HIR9命令，ADSP-BF527引導(dǎo)核執(zhí)行調(diào)用指令，程序指針跳至EVTl寄存器內(nèi)用戶應(yīng)用程序的首地址，將控制權(quán)交給用戶應(yīng)用程序。此時，引導(dǎo)結(jié)束。ADSP-BF527處理器繼續(xù)執(zhí)行用戶應(yīng)用程序。