視頻監(jiān)控中ARM與DSP的HPI接口設計

　　1 引言

　　隨著網(wǎng)絡技術、圖像處理技術及嵌入式技術日趨成熟，視頻監(jiān)控技術得到廣泛的應用。銀行、工廠、政府、學校等部門，都設置有監(jiān)控系統(tǒng)。尤其是在國際上一系列恐怖事件后，人們更感到監(jiān)控系統(tǒng)的重要。而且要求視頻監(jiān)控設備有高清晰的視頻效果的同時，還能對現(xiàn)場進行實時控制。所以，此類設備不但要有更高的數(shù)據(jù)處理能力和處理精度，還要有強大的系統(tǒng)控制、管理能力以及高速的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率。

　　目前，市面上主流的視頻監(jiān)控設備，大致可以分成兩類，一是基于通用微處理器，二是基于數(shù)字信號處理器DSP。兩種芯片在功能上有各自的特點，通用芯片適用于系統(tǒng)控制、管理和信息通訊等，DSP芯片則更適合執(zhí)行復雜的數(shù)字計算、音視頻數(shù)據(jù)處理等。若兩種芯片協(xié)同工作，就能一定程度上克服各自的不足，更好的發(fā)揮他們的優(yōu)勢?；谶@個考慮，本文提出了一個通用微處理器（ARM）與DSP的接口設計方案，以實現(xiàn)兩者的實時通信。

　　2 系統(tǒng)概述

　　2.1 ARM7 S3C44B0X的特點

　　S3C44B0X是SAMSUNG公司推出的一款16/32位的RISC（Reduced Instruction Set Computer）構架的處理器，它采用的是ARM7TDMI內(nèi)核，最高工作頻率可以達到66MHz。這是一款高性能、低功耗的微處理器，內(nèi)部集成了豐富的資源，包括：8KB的Cache、RAM、LCD控制器、DMA、UART和IIC總線接口等。主要用于GPS定位系統(tǒng)、無線通信、手持設備、監(jiān)控系統(tǒng)和車載裝置的開發(fā)。

　　S3C44B0X的存儲系統(tǒng)支持256MB的空間，劃分成各32MB的8部分。系統(tǒng)存儲器分配為BANK0～BANK7?？梢苑謩e用作外部存儲器和LCD、USB等外設的連接。其中，Bank0接FLASH，用于存放系統(tǒng)BIOS。Bank1接FLASH硬盤，用作系統(tǒng)硬盤，構建文件系統(tǒng)。Bank2接USB口，Bank3接LCD模塊，Bank6接SDRAM，Bank4、Bank5、Bank7保留。

　　2.2 DSP TMS20DM642的特點

　　TMS320DM642（簡稱DM642）是TMS320C6000系列中性能最好的一款定點DSP，基于美國德州儀器公司開發(fā)的Veloci TI第二代高性能超長指令字VLIW（Very Long Instruction Word）構架而設計，芯片采用兩級緩存的結構，能夠支持一系列功能強大的外設。DM642擁有大量片上資源：64-bit 外部存儲器接口、加強型DMA控制器、16/32位HPI接口、IIC總線、GPIO、多媒體卡控制器、USB、多通道音頻接口、10/100Mbs以太網(wǎng)、管理數(shù)據(jù)輸入輸出模塊等，是一款性能優(yōu)越的多媒體處理器，是設計數(shù)字音視頻處理系統(tǒng)的首選。

　　2.3主機接口HPI介紹

　　HPI（Host-Post InteRFace）接口是DSP與主機相連接的一個并行通信口，是構建主從式系統(tǒng)，實現(xiàn)主機與從機通信的重要接口。主機通過HPI可以訪問DSP內(nèi)全部的存儲空間及地址空間映射的外設，進而控制DSP，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。DM642的HPI接口有HPI16和HPI32兩種工作方式，在HPI16的方式下，高16位數(shù)據(jù)端口HD[31:16]還可又用于PCI接口通信。

　　DM642的HPI接口信號線有：32條主機數(shù)據(jù)總線，在非復用模式下，數(shù)據(jù)總線只傳輸數(shù)據(jù)信號，而在復用模式下，還可用于地址信號的傳輸；HR/W_（_表示負邏輯有效）是HPI接口的讀/寫信號使能；HCS_、HDS1_、HDS2_是片選信號，三者在DSP的內(nèi)部，經(jīng)過一個邏輯門，作為數(shù)據(jù)的讀/寫控制邏輯；HRDY_是就緒信號，當輸出為低電平，表示接口忙，反之，表示可以對接口進行操作；通過控制HRDY_，可以實現(xiàn)主機與DSP的握手通信；HINT_為DSP對主機的中斷請求輸出；HHWL用于在16位模式下識別高低半字；HAS_是地址選通信號；HCNTL0/1是HPI接口的功能選擇位，HCNTL0/1的功能描述如表1。

　　表1 HCNTL0/1功能描述



　　HPI寄存器共占用了256KB的內(nèi)存空間，對應的16進制地址范圍是：0X01880000～0X018BFFFF。其中，HPIC的起始地址為0X01880000，HPIA寫的起始地址0X01880004，HPIA讀的起始地址為0X01880008，其他地址空間保留。在CPU對HPI進行讀寫操作時，必須正確的設置HPI寄存器。

3 接口設計

　　3.1 HPI接口讀/寫時序

　　讀/寫時序是實現(xiàn)計算機操作的重要一點，如果操作時序不相符，就會導致讀/寫數(shù)據(jù)出錯，甚至是操作失敗。所以，滿足操作時序是實現(xiàn)計算機操作的先決條件之一。DM642的HPI接口操作時間為1.3ns～12ns或大約5個CPU時鐘脈沖。S3C44B0X的最高時鐘頻率可達66MHz（約為15.2ns），由此可知DM642的HPI與S3C44B0X在讀/寫時序上的滿足要求，接口通信可以實現(xiàn)。DM642的HPI32讀/寫時序如圖1，設計接口時，必須遵守該時序。由時序圖可知，控制HPI的讀/寫時序，通過控制HCNTL、HR/W_ 、HSTROBE_、HCS_以及HRDY_這幾個信號端口就能實現(xiàn)。



　　 圖1 HPI32的讀/寫時序圖

　　3.2硬件設計

　　在本設計方案中，S3C44B0X和DM642都是32位的處理器，且DM642有HPI32模式。為了充分利用資源，發(fā)揮其優(yōu)勢，采用32位模式設計接口。硬件電路如圖2所示。



　　 圖2 硬件接口方塊電路圖

　　各引腳連接說明如下：

　?、貶D[31:0]與CPU的數(shù)據(jù)線D[31:0]相連。在HPI接口的復用模式，32條數(shù)據(jù)線HD[31:0]除了傳輸數(shù)據(jù)外，還需傳輸?shù)刂沸盘枴?br />
　?、谄x信號HCS_接nGCS4。HPI接口映射到保留的系統(tǒng)存儲器BANK4，主機通過操作BANK4就能控制HPI。

　?、垡騍3C44B0X沒有HR/W_信號，所以用A1代替，與之相連。A2、A3接HCNTL0/1，用作接口功能選擇。nOE和nWBE分別接HDS1_和HDS2_作為HPI的讀/寫控制信號輸入。

　　④nEWAIT接HRDY_。由于DM642的HRDY_與nEWAIT的有效邏輯電平相反，所以要通過一個非門連接。EINT1接HINT_，用來DSP向主機發(fā)中斷請求。

　　⑤HPI32方式下，HHWL和地址選通信號HAS_無需使用，固定接上拉電阻（高電平）。

　　3.3 軟件設計

　　主機通過HPI接口訪問DSP內(nèi)部RAM，通過控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、數(shù)據(jù)寄存器HPID實現(xiàn)RAM的讀/寫。ARM主機與DSP從機的通信就是對這幾個寄存器的操作。在編寫接口驅動時，HPI接口是被看作接到主機RAM的外設，由硬件設計可知，它被映射到BANK4的存儲空間（對應的存儲器地址是0X08000000～0X0A000000）。

　　結合時序分析和硬件的設計，可以編寫接口驅動。驅動主要包括兩部分：首先是HPI寄存器初始化，然后是HPI接口的讀/寫代碼。以下是HPI接口驅動的部分代碼。

　　/* 地址及數(shù)據(jù)初始化 */

　　#define BASE_ADDR 0X08000000 // 定義基地址

　　/* HPIC、HPIA、HPID讀寫地址的偏移量 */

　　#define HPIC_WR 0X00

　　#define HPID_A_WR 0X04

　　#define HPIA_WR 0X0C

　　#define HPIC_R 0X10

　　#define HPID_A_R 0X14

　　#define HPIA_R 0X1C

　　/* HPI讀、寫代碼 */

　　unsigned long hpi_read_data (unsigned long addr)

　　{ unsigned long data;

　　data=read_data(BASE_ADDR+HPID_R); // 讀取數(shù)據(jù)

　 return(data); }

　　unsigned long hpi_write_data (unsigned long addr)

　　{ unsigned long data;

　　 set_addr(addr); // 設置起始地址

　　 write_data(BASE_ADDR+HPID_WR); } // 寫入數(shù)據(jù)

　　4 結語

　　在主從式視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，通過HPI接口的設計，實現(xiàn)了S3C44B0X與DM642的高速通信。S3C44B0X運行的HPI讀/寫程序，通過設置相應的中斷控制信號和對HPIC、HPIA、HPID三個寄存器的操作，實現(xiàn)對DM642內(nèi)存空間的訪問，并且可以控制映射到內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)采集終端及其他外設，從而實現(xiàn)了雙核間的數(shù)據(jù)交換。由此證明，在S3C44B0X與DM642構建的主從式系統(tǒng)中，利用HPI設計的接口電路可以準確、實時的實現(xiàn)兩個芯片間的數(shù)據(jù)通信。

　　本文作者創(chuàng)新點：采用HPI32（32位）方式設計主從式系統(tǒng)的通信接口，與HPI16（16位）和HPI8（8位）相比，速度更快，雙核的協(xié)同工作性能更優(yōu)。

　　參 考 文 獻

　　[1]SAMSUNG.S3C44B0X USER`S MANUAL[Z]. http://www.samsung.com

　　[2]TEXAS INSTRUMENTS.TMS320DM642 USER`S MANUAL[Z]. http://www.ti.com

　　[3]李巖,榮盤祥編著.基于S3C44B0X嵌入式uCLinux系統(tǒng)原理及應用[M].北京:清華大學出版社.2005

　　[4]汪春梅,孫洪波編著.TMS320C5000 DSP系統(tǒng)設計與開發(fā)實例[M].北京:電子工業(yè)出版社.2004

　　[5]徐錚,劉方.ARM S3C4510B與DSP C5416的接口設計[J].儀器儀表用戶. 2005.6.93-94

　　[6]楊健,張慧慧,于東琴等,一種HPI技術在雙機系統(tǒng)通信中的應用[J].微計算機信息. 2006.22.127-129