主機(jī)接口(HPI)在嵌人式系統(tǒng)中的應(yīng)用

1 引 言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及，嵌入式技術(shù)已成為新世紀(jì)最有生命力的技術(shù)之一，其得到了飛速的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。隨著復(fù)雜控制、汽車電子、醫(yī)療儀器、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用等復(fù)雜要求的出現(xiàn)，常用的單片機(jī)系統(tǒng)和DSP系統(tǒng)等這類簡(jiǎn)單的嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足要求。在面對(duì)日益復(fù)雜和高性能應(yīng)用時(shí)，大多采用主機(jī)(由微控制器或微處理器充當(dāng))+DSP的方式構(gòu)成主從式系統(tǒng)，這樣既可以利用DSP強(qiáng)大的數(shù)字信號(hào)處理能力進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，又可以利用微處理器豐富的片內(nèi)外設(shè)和接口對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行控制。

　　在這種系統(tǒng)中，主機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交換就成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須考慮的重要問題。傳統(tǒng)的單片機(jī)與主機(jī)交換數(shù)據(jù)大多采用串行通信方式或共享存儲(chǔ)器方式。串行通信方式只適用于通信量較小的系統(tǒng)。共享存儲(chǔ)器方式，需外擴(kuò)一雙端口RAM及觸發(fā)器鎖存器等芯片，使得系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

　　ADI公司生產(chǎn)的DSP芯片ADSP2191配置了主機(jī)接口(Host Port Interface，HPI)，可以實(shí)現(xiàn)與主機(jī)之間并行高速的數(shù)據(jù)傳輸。HPI可以很容易地與各種主機(jī)互聯(lián)，甚至不需要外加接口邏輯，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。且DSP依靠自身的硬件來協(xié)調(diào)沖突，在主機(jī)訪問HPI的時(shí)候，不會(huì)打斷DSP正常的程序運(yùn)行。

2 ADSP2191M主機(jī)接口簡(jiǎn)介

　　主機(jī)接口HPI(Host Port Interface)是Analog DeviceInc．公司在新一代高性能DSP芯片上配置的與外部主設(shè)備或主處理器進(jìn)行高速數(shù)據(jù)交換的并行接口。HPI是地址和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的8位／16位并行口，只能做從機(jī)，外部主機(jī)(微控制器、FGPA或者另一片DSP)是HPI的控制者。通過HPI，主機(jī)可以訪問DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)空間、引導(dǎo)空間和I／O空間；另外，還可以通過HPI口把程序加載到DSP。ADSP-2191有24個(gè)引腳專門用于HPI，如表1所示。

　　HPI地址總線的低16位是與數(shù)據(jù)總線復(fù)用。數(shù)據(jù)總線默認(rèn)情況下是8位，使用HAD[7：0]八個(gè)引腳。在復(fù)位后，DSP本身或外部主機(jī)(通過主機(jī)接口)可以配置HPI為16位口。

3 硬件設(shè)計(jì)

　　MPC555微控制器是Motorola公司PowerPC 500系列的代表產(chǎn)品，是一款高速高性能的32位浮點(diǎn)處理器，其工作時(shí)鐘可達(dá)40 MHz。其內(nèi)部資源極其豐富，有26 kBRAM和6 kB TPURAM，448 kB FLASH、多通道串行模塊、CAN 2.0B控制器等，特別適于做復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制和處理。MPC555與ADSP2191的接口電路如圖1所示。

　　HPI提供2種硬件尋址模式：地址周期控制模式(ACCM)和地址鎖存模式(ALEM)。其中，ALEM適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線復(fù)用的微處理器接口；ACCM模式適用于與地址總線和數(shù)據(jù)總線分開的微處理器接口。硬件尋址方式是由上電復(fù)位時(shí)HALE引腳的邏輯電平?jīng)Q定。如果上電復(fù)位時(shí)用外部下拉電阻把HALE拉低，就是ALEM方式；反之，如果用外部上拉電阻把HALE拉高就是ACCM方式。

　　HPI總線是一種異步通信協(xié)議，硬件握手可以是ACK方式，還可以是Ready方式，2種方式的有效極性都可以在上電復(fù)位時(shí)配置。另外，讀／寫選通信號(hào)的極性也可以在上電復(fù)位時(shí)配置。如果在上電時(shí)，讀／寫信號(hào)為高電平，那么讀／寫選通信號(hào)就是低有效。

　　綜合考慮MPC555的外部總線時(shí)序和HPI接口的時(shí)序要求，在本設(shè)計(jì)中硬件尋址采用ACCM方式，應(yīng)答方式采用ACK方式。讀信號(hào)HRD、寫信號(hào)HWR和應(yīng)答信號(hào)HACK都是低電平有效。

　　要控制主機(jī)與DSP的數(shù)據(jù)交互，即主機(jī)要知道何時(shí)能從DSP讀取數(shù)據(jù)，而何時(shí)又該寫數(shù)據(jù)，還需要一個(gè)聯(lián)絡(luò)信號(hào)。本設(shè)計(jì)選用ADSP2191的1個(gè)I／O口PF0作為對(duì)主機(jī)的中斷信號(hào)。

4 HPI的讀寫操作和接口軟件設(shè)計(jì)

4.1 HPI接口的配置

　　要通過HPI訪問DSP的內(nèi)部存儲(chǔ)空間和I／O空間，必須先配置HPI的寄存器。HPI接口有15個(gè)寄存器，其中9個(gè)是專門用于DMA方式的，對(duì)于直接訪問方式，只有主機(jī)接口配置寄存器(HPCR)和主機(jī)接口直接訪問頁寄存器(HPPR)是必須配置的。外部主機(jī)或者DSP自己可以通過配置這2個(gè)寄存器，設(shè)置主機(jī)接口的訪問參數(shù)，包括外部總線寬度、要訪問的存儲(chǔ)空間的頁地址和數(shù)據(jù)類型等。下面是DSP自己配置主機(jī)接口的程序代碼：

4.2 主機(jī)對(duì)HPI接口的讀寫操作

在ACCM方式下，HALE引腳上的邏輯0電平會(huì)觸發(fā)HWR引腳產(chǎn)生一個(gè)下降沿跳變以便把地址鎖存到HPI。時(shí)序圖如圖2，圖3所示：

所以，主機(jī)對(duì)HPI的訪問包含地址周期和數(shù)據(jù)周期2個(gè)周期。MPC555訪問HPI的子程序匯編代碼如下：

讀操作：

寫操作：

5 結(jié)語

　　目前，該方案已經(jīng)成功運(yùn)用于母線保護(hù)設(shè)備中，經(jīng)測(cè)試在DSP接近滿負(fù)荷工作時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率也能達(dá)到2 MB／s，完全能滿足系統(tǒng)需要。實(shí)踐證明，HPI接口是一種電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、高效可靠的通信方式，而且具有很強(qiáng)的通用性，可廣泛應(yīng)用于各種含有HPI接口的多CPU嵌入式系統(tǒng)。