摘  要： 結合主機并行接口(HPI)的設計經驗，詳細討論了DSP和主機(HOST)通過Enhanced 8bit HPI自舉引導的通信方案。
　　關鍵詞： 主機并行接口  個人計算機  自舉引導

 　　隨著信號處理技術的高速發展，DSP已經成為首選的數字信號處理芯片，如許多手機和硬盤中都嵌入了DSP芯片。目前的系統已經很少有單機系統，因此如何實現DSP與其他機器之間的通信是個關鍵問題。主機并行接口(HPI)為用戶提供了高速的并行接口，使DSP擁有最優的工作效率，也使得HOST CPU有更強大的控制權。
1 資源環境簡介
　　TMS320VC5402是TI公司推出的一款高性能、低功耗定點DSP，廣泛應用于嵌入式系統以及無線通信領域。其CPU具有增強的多總線哈佛結構，速度為100MIPS，片內有4KB ROM和16KB雙訪問RAM。片上其他硬件資源主要有可編程等待狀態發生器、鎖相環（PLL）發生器、二路多通道緩沖串行口(McBSP)和增強型8bit并行主機接口(HPI-8)等。
　　該方案中HOST為PC機。PC的I/O并口(常用做打印機接口)端口地址為0x378～0x37A，0x378是數據口基地址，0x379為狀態口地址，而0x37A為控制口地址[1]。在Windows2000操作系統下，系統不能直接對I/O端口的讀寫操作，而WIN98可以直接對I/O端口讀寫操作。本文中所討論的引導方案是在WIN98 實模式DOS環境下實現的。需注意的是PC的0x378數據端口對應的輸出芯片是74LS374。對于非增強型并口(SPP)只能輸出數據，不能讀取外部數據，讀操作所讀的數據只能是前一次PC機所寫的數據，如需讀取數據可在CMOS中將其設置為EPP。
TMS320VC5402的8bit HPI口為增強型。增強型HPI可訪問片內所有RAM空間。在非主機獨占模式下訪問RAM時，HOST的HPI訪問一直和DSP同步，且HPI和DSP都有訪問權。HPI通過對3個寄存器HPIC(控制寄存器)、HPIA(地址寄存器)和HPID(數據寄存器)訪問片內RAM。HOST用HCNT0/1引腳區分各寄存器，HBIL高低電平區分高低字節，HDS1/2和HAS產生內部控制傳送信號。由于HPI為8bit，所以每次都是傳送２字節再組成內部的1個字(具體控制見后面程序)[2]。DSP/HPI工作時序圖如圖1所示。

2 引導及程序實現
　　DSP上電后，當MP/MC為低電平時，DSP開始執行片內自舉引導程序。先清除IFR，置HINT為低，再檢測INT2位是否置位(置位可通過將ＨINT和INT2相連實現)，如置位則進行HPI引導，HOST按照圖1的時序將應用程序或數據以字(分為2字節)為單位下載到RAM。下載完后再在0X7F寫入程序入口地址。該過程中DSP將一直檢測0X7F是否為0，如不為0，則跳轉到該地址（0X7F中的內容）執行程序。DSP在該過程中執行以下代碼[3]：
　　；從VC5402 ROM中截取的程序
　　ssbx  intm；屏蔽所有中斷
　　stm  #0FFFFh，@ifr　　；清除所有 IFR 標志
　　stm  #0，@HPIentry　　；設置HPI入口點(0X7F)的值為0
　　stm  #08h，hpic　　　；置HINT為低
　　bitf  @ifr，#int2msk　；檢查INT2標志位是否置位
　　bc  HPI，tc；如果INT2置位則進行HPI引導
　　……
    HPI
　　ldm  HPIentry，a　　 ；獲取HPI入口向量
　　bc  hpiboot，aneq　　；如果0x7F內容不為0，
　　　　　　　　　　　　　；則進行HPI引導
　　b  ＄-3；否則一直循環
　　PC機并行打印口和DSP/HPI通信原理圖如圖2所示。由于PC機的并口輸出TTL電平，而DSP可接受的最高電平是3.6V，故需要電平轉換，圖中芯片SN74LVC16245就是起電平轉換作用的。此外，圖2中DSP的HINT和INT2相連(以選擇HPI引導)，PC的STROBE(打印口引腳1)接DSP的HBIL，BUSY(打印口引腳11)接HRDY，AUTOFE(打印口引腳14)接HCNT0，INIT(打印口引腳16)接HDS1和SLCTIN(打印口引腳17)接HCNT1。
　　在圖2的電路基礎上開始HPI自舉引導。首先HOST初始化HPIC，向HPIC發送2個相同的8位數據的控制字。HPIC初始化完成后，HOST開始寫HPIA(HPIA存放數據地址)。在上述2個寄存器初始化都完成后，HOST便可向DSP的RAM寫數據。實際上HOST通過寫HPID，然后DSP按照HPIA指定的地址，自行將HPID的數據寫到片內RAM，且該過程對用戶完全透明。

　　地址寄存器HPIA有多種模式，可選是否自動增加，即可以只寫1次HPIA且設定HPIA自動增加，此后便不用寫地址即可實現連續數據的寫入或讀出。在該引導過程中，HBIL引腳為低電平時，表示HOST傳送的是第1字節，而當HBIL引腳為高電平時，傳送的是第2字節。與其相配合的HPIC控制寄存器的BOB位為1時，將傳送第1字節并將其放在RAM的低8位，第2字節放在高8位；當BOB位為0時置放順序顛倒。
　　下面是實現HOST(PC機)控制HPI進行自舉引導的程序，主要由以下3個函數完成：(1)write_port_a( )函數實現向地址寄存器HPIA寫地址字。(2)write_port_d( )函數實現向DSP的RAM寫數據字。(3)write_port_c( )函數實現向控制寄存器HPIC寫控制字。其自舉引導程序如下：
　　#define PORT_D 0x378　　//PC數據口
　　#define PORT_S 0x379　　//PC狀態口(其中輸出STROBE，
　　　　　　　　　　　　　　//BUSY和SLCTIN的數據反向)
　　#define PORT_C 0x37a//PC控制口（其中BUSY反向）
　　write_port_a(int write_data)//向HPI的HPIA寫1個字
　　{
　　　　_outp(PORT_C，0x0009)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　　　_outp(PORT_D，write_data)；//輸出數據低8位
　　　　_outp(PORT_C，0x000d)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=1
　　　　_outp(PORT_C，0x0009)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　　　read_data=_inp(PORT_S)；
　　　　while(1) { if((read_data&hrdy)＜1) break；
　　　　　    else read_data=_inp(PORT_S)；}
　　　　_outp(PORT_C，0x0008)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=1 hds1=0
　　　　write_data=write_data>>8；
　　　　_outp(PORT_D，write_data)；//輸出數據的高8位
　　　　_outp(PORT_C，0x000c)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=1 hds1=1
　　　　_outp(PORT_C，0x0008)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=1
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=1 hds1=0
　　}
　　　　write_port_d(int write_data)//向HPI的HPID，即向RAM
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//寫1個字，地址非自動增加
　　{
      　_outp(PORT_C，0x0003)；//控制口hcnt1=1 hch0=0
　　　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　……

　　}
　　函數write_port_d( )類似于函數write_port_a( )，只需將操作HPIA的程序中的hcnt1/0改變，在寫控制數據時所有數據值減6，即可省略部分程序。
　　write_port_c(int write_data)//向HPI的HPIC寫1個字，
　　　　　　　　　　　　　　　　//要求該字中是2個完全相同的字節
　　{
　　      _outp(PORT_C，0x000b)；//控制口hcnt1=0 hcnt0=0
　　　　　　　　　　　　　　　　//hbil=0 hds1=0
　　……
　　函數write_port_c( )類似于函數write_port_a( )，只需將操作HPIA的程序中的hcnt1/0改變，在寫控制數據時所有數據值加2，即可省略部分程序。
　　利用上述3個函數，PC機可以將1組每字16位的數據寫到DSＰ的RAM里。但要注意先初始化控制寄存器HPIC，控制主機寫進去的每個字的2個字節如何組成RAM里的1個字，否則將會產生錯誤。如把第1個字節放在低8位，第2個字節放在高８位，即BOB位為1。可通過下面語句實現：
　　write_port_c(0x0101)；
　　該函數初始化控制寄存器HPIC，以使HPIC中的BOB位為1，XHPIA為0。
3  將完整的應用程序全部寫進DSP
　　將一個完整的應用程序按每字16位寫到RAM中后，要實現自舉引導還需改變0X7F的內容，使其指向程序入口地址。寫完后DSP將自動轉向應用程序并運行。
　　write_port_a(0x7f)；
　　write_port_d(0x3000)；//假設0x3000為程序入口點
　　下面討論如何將一個含多個段的可執行COFF文件轉化為程序所需的格式[4]。例如將test.asm源程序鏈接并編譯生成test.out文件，而該程序有.text段和.data段。其方法：用hex500.exe轉換工具將test.out生成2個16位的HEX文件，分別對應text段和data段。其命令文件如下：
　　test.out//輸入文件
  　　-I//生成Intel格式
  　　-memwidth 16//存儲器數據寬度
   　ROMS
   　{
     　PAGE 0：
  　　　　ROM1：origin=0x3000，length=0x2000，romwidth=16
    　　　　　files={t1.dat}　　//text段起始地址為0x3000
  　PAGE 1：
　　ROM2：origin=0x80，length=0x1f80，romwidth=16
    files={t2.dat}　　　　　//data段起始地址為0x80
　　}
    SECTIONS　　　　　　　//如有多段就可增加多個ROM
    {
    .text：  paddr=0x3000
    .data：  paddr=0x80
    }
　　再通過編程實現將t1.dat和t2.dat連續寫入RAM，完成后再將0x7F的內容寫成0x3000就可以實現引導。
4  探討和總結
　　以上討論的是增強型8bit HPI，HOST通過該HPI只能訪問片內RAM空間。如要訪問所有存儲器空間，DSP必須再次引導。先執行本身片內ROM中的引導程序將HOST的二次引導程序代碼下載到片內RAM，再通過執行二次引導程序訪問其他非片內數據。HPI 自舉引導本身也是一種數據通信，在本方案中已詳細地討論了HPI的自舉引導。
　　現實應用中通常為多機系統，由于DSP的控制能力不很強，通常只是作為信號處理器，其信息及控制數據通常來自主機。而增強型HPI具有高速數據通信速率，且通信控制方式簡單。故HPI是DSP與其他機器通信的一種良好途徑。
參考文獻
1 錢曉捷，陳濤.微型計算機原理及接口技術.北京：機械工業出版社，1999
2 TMS320C54x DSP Reference Set，Volume 5：Enhanced Peripherals.Texas Instruments Incorporated(SPRU302) Copyright(C)，2001
3 TMS320C54x Assembly Language Tools User′s Guide (SPRU102).TMS320VC5402 and TMS320UC5402 Bootloader.Texas Instruments Incorporated(SPRA618) Copyright(C)，2001
4 劉益成.TMS320C54X DSP應用程序設計與開發.北京：北京航空航天大學出版社，2002