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ARM CPU S3C44B0X與C54X DSP的接口設(shè)計(jì)
摘要：以SAMSUNG公司的ARMSOC芯片S3C44B0X和TI公司的TMS320C5416DSP為例，講述了ARM與DSP的數(shù)據(jù)接口技術(shù)，并結(jié)出了硬件連接圖和軟件代碼。關(guān)鍵詞：ARMS3C44B0X主機(jī)接口（HPI）TMS320C5416
后PC時(shí)代，嵌入式產(chǎn)品逐漸占領(lǐng)市場(chǎng)。而這些嵌入式產(chǎn)品的核心——處理器決定了產(chǎn)品的市場(chǎng)和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式處理器的主要特點(diǎn)。在32位嵌入式處理器市場(chǎng)中，ARM占有78.6%的份額。而TI而占有DSP市場(chǎng)的絕大部分份額。通常的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由微控制器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的控制，由DSP來(lái)執(zhí)行計(jì)算密集型操作，然后通過(guò)一定的手段實(shí)現(xiàn)微控制器與DSP之間的通信和數(shù)據(jù)交換。因此，如何高效地設(shè)計(jì)控制器（ARM）與DSP之間的接口以滿足嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求，在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中顯得尤為重要。
1ARMCPUS3C44B0X的特點(diǎn)
ARM是一款32位的精簡(jiǎn)指令集（RISC）處理器架構(gòu)，以其高性能、低功耗、低成本占有市場(chǎng)。由于ARM公司采用IP授權(quán)的方式經(jīng)營(yíng)，全球幾乎所有的大半導(dǎo)體公司都有基于ARM的SOC芯片。
S3C44B0X是SAMSUNG（三星）公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM處理器的所有優(yōu)點(diǎn)：低功耗、高性能；同時(shí)又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。其特點(diǎn)如下：
·采用ARM7TDMI內(nèi)核，I/O電壓3.3V，內(nèi)核電壓2.5V；
·內(nèi)置鎖相環(huán)（PLL），系統(tǒng)主頻最高達(dá)66MHz；
·4種工作模式，可以實(shí)現(xiàn)電源管理以降低系統(tǒng)功耗；
·8KB的系統(tǒng)高速緩存（CACHE），極大地提高了系統(tǒng)運(yùn)行速度；
·支持8個(gè)MEMORYBANK，最大外部存儲(chǔ)空間達(dá)256MB，并支持SDRAM；
·內(nèi)置彩色LCD控制器；
·2路異步串口（UART）；
·71個(gè)通用I/O口；
·8通路模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）；
·實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）和看門狗電路（WATCHDOG）。
2C54XDSP及其HPI接口
2.1C54XDSP的特點(diǎn)
以高速、低功耗為特征的C54X系列DSP采用先進(jìn)的改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有分離的數(shù)據(jù)總線和程序總線，片內(nèi)集成了ROM、RAM和多個(gè)外設(shè)，如通用I/O口、定時(shí)器、時(shí)鐘發(fā)生器、軟件可編程等待狀態(tài)發(fā)生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲(chǔ)器存取控制器（DMA）和與外部處理器通信用的主機(jī)接口（HPI）。
2.2C54X的主機(jī)接口（HPI）
C54X中的主機(jī)接口（HPI）主要有三種：標(biāo)準(zhǔn)8位HPI8接口、增強(qiáng)型8位HPI8接口和16位HPI16接口。其中C542～C549內(nèi)含標(biāo)準(zhǔn)型HPI8；C5402、C5410內(nèi)含增強(qiáng)型HPI8；C5410以上為HPI16；C5409、C5416的HPI可以由用戶設(shè)置為增強(qiáng)型HPI8或HPI16。增強(qiáng)型比標(biāo)準(zhǔn)型更優(yōu)越之處主要在于：增強(qiáng)型允許主機(jī)訪問(wèn)DSP內(nèi)部的所有片內(nèi)RAM，而標(biāo)準(zhǔn)只能訪問(wèn)RAM區(qū)中指定的2K字。
以TMS320C5416（簡(jiǎn)稱C5416）包含的增強(qiáng)型HPI8接口為例，它與外部主機(jī)或微處理器的連接具有單獨(dú)的8根數(shù)據(jù)線HD0～HD7和10根控制器。主機(jī)主動(dòng)通過(guò)HPI口訪問(wèn)DSP的內(nèi)部RAM以及其它資源。除了對(duì)主機(jī)發(fā)中斷（通過(guò)置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線有效）或清除主機(jī)發(fā)來(lái)的中斷（通過(guò)清HPIC寄存器的DSPINT標(biāo)志）需要DSP干涉外，C5416幾乎不用進(jìn)行其他操作，片內(nèi)的DMA通道會(huì)自動(dòng)輔助完成RAM區(qū)與HPI數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)傳輸。主機(jī)由HCNTL0/1線來(lái)選擇HPI的某個(gè)控制寄存器，如表1所列。通過(guò)對(duì)這4個(gè)寄存器的訪問(wèn)，就可以在所設(shè)安全機(jī)制的允許范圍下讀/寫(xiě)DSP的所有或部分片內(nèi)RAM。
表1HCNTL0/1的選擇功能描述
HCNTL1HCNTL0說(shuō)明00主機(jī)讀/寫(xiě)HPI控制寄存器--HPIC。01主機(jī)以地址自動(dòng)增的模式讀/寫(xiě)HPI數(shù)據(jù)鎖存器--HPID。若為讀操作，則HPI地址寄存器HPIA自動(dòng)讀后增1；若為寫(xiě)操作，則HPIA自動(dòng)寫(xiě)后增1。10主機(jī)讀/寫(xiě)HPI地址寄存器--HPIA，該地址指向C54X的片內(nèi)RAM。11主機(jī)讀/寫(xiě)HPI數(shù)據(jù)鎖存器--HPID，HPIA不變。
由于DSP最小的存儲(chǔ)單位是字（16bit），因此對(duì)于HPI8，每個(gè)傳遞必須要有2個(gè)傳遞周期才能完成。HBIL信號(hào)用于區(qū)分傳遞的字節(jié)是當(dāng)前字的第一字節(jié)還是第二字節(jié)。通過(guò)設(shè)置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節(jié)是這個(gè)字的高字節(jié)還是低字節(jié)。
2.3時(shí)序圖
C54XHPI8的時(shí)序如圖1所示，該時(shí)序可滿足市場(chǎng)上大多數(shù)微控制器的時(shí)序特片。因此，C54X可以通過(guò)HPI8很方便地與微控制器接口，S3C44B0X也不例外。
3S3C44B0X與C54XDSP的接口設(shè)計(jì)
3.1硬件連線
TMS320C5416與S3C44B0X連接的接口電路如圖2所示。由圖2可見(jiàn)，C54X通過(guò)HPI8與主機(jī)設(shè)備相連時(shí)，除了8位HPI數(shù)據(jù)總線及控制信號(hào)線外，不需要附加其它的邏輯電路，非常方便。
從HPI寄存器的編址方式可以看出，主機(jī)只需兩根地址線（A3、A2）便可尋址到HPI接口的所有控制寄存器、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。同時(shí)，將HPI8接口安排在S3C44B0X的BANK2（即地址范圍0X04000000～0X05FFFFFF），而且S3C44B0X具有內(nèi)部譯碼器，直接產(chǎn)生片選信號(hào)nGCS2。由于C54XHPI8是一個(gè)8位的并行端口，而C5416的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為16位，因而主機(jī)必須讀/寫(xiě)兩個(gè)連續(xù)的8位字節(jié)，而且主機(jī)還應(yīng)該提供HBIL信號(hào)指示當(dāng)然傳輸?shù)氖堑谝蛔止?jié)還是第二字節(jié)。在S3C44B0X中，可以直接使用址線A1來(lái)完成此功能：當(dāng)向A1=0的地址寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，表示為第一字節(jié)；向A1=1的地址寫(xiě)入數(shù)據(jù)表示第二字節(jié)。
另外，還有幾個(gè)關(guān)鍵的控制信號(hào)線需要連接。一個(gè)就是HR/W信號(hào)，由于S3C44B0X沒(méi)有此信號(hào)，使用地址線A4來(lái)代替。當(dāng)A4=1時(shí)，代表讀操作，反之為寫(xiě)操作。在HPI8的操作中，所有的地址線和控制線在HDS1/2的下降沿采樣，用S3C44B0X的讀/寫(xiě)信號(hào)nOE和nWE來(lái)完成此功能。
由于S3C44B0X和C5416HPI接口的控制邏輯不盡相同，需要使用其它的一些信號(hào)線來(lái)進(jìn)行模擬，此時(shí)要嚴(yán)格遵循HPI的讀寫(xiě)時(shí)序（如圖1所示）。
3.2軟件設(shè)計(jì)
由于主機(jī)接口（HPI）傳送8位數(shù)據(jù)字節(jié)，而HPIC寄存器（通常是S3C44B0X首先要尋址的寄存器）是一個(gè)16位寄存器，在S3C44B0X這一邊可以相同內(nèi)容的高字節(jié)與低字節(jié)來(lái)管理HPIC寄存器（盡管某些位的尋址受到一定的限制），在C54X這一邊高位不用。
當(dāng)主機(jī)開(kāi)始存取DSP的數(shù)據(jù)時(shí)，首先要執(zhí)行以下兩步操作：
·HPIC寄存器的BOB位置1（高字節(jié)與低字節(jié)必須相同）。BOB位為字節(jié)選擇位。BOB位置1，表示第一字節(jié)為低字節(jié)。BOB位影響數(shù)據(jù)和地址的傳送。只有主機(jī)可以修改這一位，C54X對(duì)它既不能讀也不能寫(xiě)。
·將起始地址寫(xiě)入HPIA寄存器。
此后可正常存取DSP內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)了。
結(jié)合硬件設(shè)計(jì)和HPI的操作步驟，便可以在S3C44B0X上編寫(xiě)程序?qū)崿F(xiàn)C5416的數(shù)據(jù)通信。
程序主要分為兩個(gè)部分：一部分是地址及數(shù)據(jù)的定義；一部分是實(shí)現(xiàn)代碼。具體程序如下：
#defineHPI_BASE0x4000000
/*HPICreg*/
#defineHPIC_W_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x0)//00000
#defineHPIC_W_S*(UINR8*)(HPI_BASE+0x2)//00010
#defineHPIC_R_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x10)//11000
#defineHPIC_R_S*(UNIT8*)(HPI_BASE+0x12)//11010
/*defineHPID_W_A_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x4)//00100
#defineHPID_W_A_S*（UINT8*）（HPI_BASE+0x6）//00110
#defineHPID_R_A_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x14)//10100
#defineHPID_R_A_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0x16)//10110
/*HPIAreg*/
#defineHPIA_W_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x8)//01000
#defineHPIA_W_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0xA)//01010
#defineHPIA_R_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x18)//11000
#defineHPIA_R_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0x1A)//11010
上述這些宏定義了HPI8接口寄存器的地址。對(duì)S3C44B0X來(lái)說(shuō)，HPI8占用其內(nèi)存的BANK2，即起始地址為0X04000000。又由于HPI8的HR/W和HBIL信號(hào)用S3C44B0X的地址線實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)同一個(gè)寄存器而言，其讀寫(xiě)地址不同。
以下代碼從DSP讀出數(shù)據(jù)：
UINT16read_dsp（UINT16addr）
{
INT16i;
INT8j;
set_hpia(addr);//設(shè)置起始地址
i=HPID_R_A_F;//讀出第一字節(jié)
j=HPID_R_A_S；//讀出第二字節(jié)
return(i<<8)|(j&0xff)；
}
以下代碼向DSP寫(xiě)入數(shù)據(jù)：
voidwrite_dsp(UINT16addr,UINT16dat)
{
set_hpia(addr-1);//設(shè)置起始地址
HPID_W_A_F=（UINT8）（（dat>>8）&0xff）;//寫(xiě)入第一字節(jié)
HPID_W_A_S=（UINT8）（dat&0xff）；//寫(xiě)入第二字節(jié)
}
在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，用S3C44B0X作為主控制器，用TMS320C5416進(jìn)行運(yùn)算，然后通過(guò)HPI接口進(jìn)行通信和交換數(shù)據(jù)。事實(shí)證明，用HPI接口在ARM和DSP間通信滿足嵌入式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。
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