TI 54xxDSP與51單片機(jī)的接口技術(shù)

    摘要：TI的54xxDSP是一種定點(diǎn)DSP系列芯片，產(chǎn)生應(yīng)用于各種信號(hào)處理系統(tǒng)，特別是語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)中，通常由兩部分組成。一部分為DSP子系統(tǒng)，這是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要完成采樣、數(shù)字信號(hào)處理以及輸出等功能；另一部分為單片機(jī)子系統(tǒng)，進(jìn)行交互界面的控制，如鍵盤和顯示。兩個(gè)子系統(tǒng)不是各自孤立的，需要進(jìn)行必要的數(shù)據(jù)交換。本文主要討論DSP和51單片機(jī)之間通過(guò)HPI接口進(jìn)行連接的設(shè)計(jì)方法，給出硬件連接以及軟件編程方法。

    關(guān)鍵詞：DSP HPI 單片機(jī)

TMS320C54xx是TI公司針對(duì)音頻信號(hào)處理領(lǐng)域推出的一種定點(diǎn)DSP系列芯片，已經(jīng)在很多語(yǔ)音信號(hào)處理系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。在這些系統(tǒng)中，通常包含DSP和單片機(jī)兩個(gè)子系統(tǒng)。DSP系統(tǒng)作為從設(shè)備，完成采樣、計(jì)算等功能；單片機(jī)系統(tǒng)作為主設(shè)備，完成交互界面的控制。主從設(shè)備之間也要以一定的方式接口，來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。下面就介紹DSP和單片機(jī)之間的接口技術(shù)。

這里單片機(jī)選擇的是MCS-51系列。51系列是一種很經(jīng)典的單片機(jī)，20多年來(lái)一直久盛不衰。而且Intel通過(guò)授權(quán)51內(nèi)核，出現(xiàn)很多第三方生產(chǎn)的51系列產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般都具有較高的時(shí)鐘頻率和較大的存儲(chǔ)空間，而且還能運(yùn)動(dòng)嵌入式操作系統(tǒng)。這些都極大地提高了它的性能，擴(kuò)大了它的應(yīng)用范圍。

DSP芯片中的HPI（主機(jī)接口）是為了滿足DSP與其它的微處理器接口而專門設(shè)計(jì)的。它分為HPI-8和HPI-16，分別針對(duì)具有8位和16位數(shù)據(jù)線的單片機(jī)。每一種又分為標(biāo)準(zhǔn)型和增強(qiáng)型。兩值得的區(qū)別在于標(biāo)準(zhǔn)型只可以訪問(wèn)固定的地址空間，而增強(qiáng)型可以訪問(wèn)整個(gè)DSP的片內(nèi)存儲(chǔ)器。這里以增強(qiáng)型的HPI8為例為說(shuō)明。

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 時(shí)序匹配

HPI8總共有18根信號(hào)線。其中數(shù)據(jù)線8根（HD0～HD7）,其余10根都是控制線，如表1所列。（詳細(xì)情況查看參考文獻(xiàn)[1]。）

表1 HPI接口信號(hào)及功能

①HAS：在數(shù)據(jù)線和地址復(fù)用的MCU中，與ALE信號(hào)連接，在下降沿鎖存HBIL、HCNTL0/1、HR/W，因數(shù)這些信號(hào)通常與地址線連接。如果MCU的數(shù)據(jù)線和地址線沒(méi)有復(fù)用，則應(yīng)該接高電平。

②HDS1、HDS2：數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)序控制。時(shí)序見(jiàn)圖1，即下降沿傳輸開始，上升沿傳輸結(jié)束。另外如果不使用HAS（即接高電平），也可以配合HCS對(duì)HBIL、HCNTL0/1、HR/W進(jìn)行鎖存。

③HCNTL0/：選擇HPI內(nèi)部寄存器，如表2所列。

表2 HPI內(nèi)部寄存器的選擇方式

1．2 電平匹配

54xxDSP的外部I/P引腳用的是3.3V的邏輯電平，而大部分51鄭易里片機(jī)用的是5V的邏輯電平。前者輸出高電平，最小值為2.4V；后者輸入高電平，最小值為2.0V。所以前者的輸出可以直接接到才者的輸入。但是前者允許輸入高電平最大值為3.6V，而后者的輸出高電平一般都在4.6V以上。所以前者的輸入和后者的輸出不能直接連接，需要做電平轉(zhuǎn)換。如果引腳數(shù)量少，可以直接用三極管電阻來(lái)轉(zhuǎn)換。這里由于引腳較多，所以選用TI74LVC16245A芯片來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。

圖1

    74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線收發(fā)器。它可以接收高達(dá)5.5V的高電平，而輸出的高電平可以達(dá)到3.3V左右，內(nèi)部包括16路如圖2所示的結(jié)構(gòu)單元。

圖2中G為使能端，低電平有效；DIR為方向控制端，高電平A→B，低電平B→A。另外要注意，74LVC 16245A的操作電壓引腳VCC應(yīng)該接3.3V。

整個(gè)硬件連接如圖3所示。

2 軟件設(shè)計(jì)

HPI的數(shù)據(jù)傳輸分為兩部分：外部傳輸和內(nèi)部傳輸。外部傳輸是指主機(jī)和HPI寄存器之間的傳輸，由主機(jī)發(fā)出指令完成。內(nèi)部傳輸是指HPI寄存器和DSP內(nèi)部RAM之間的傳輸，由DSP內(nèi)部的DMA控制器自動(dòng)完成。主機(jī)在進(jìn)行外部傳輸時(shí)，要先檢查內(nèi)部傳輸是否完成，這是通過(guò)檢測(cè)HRDY信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。外部傳輸操作的一般步驟是：

*檢查HRDY信號(hào)的電平。為高，表示可以進(jìn)行傳輸；為低，表示DSP正在進(jìn)行內(nèi)部傳輸，此時(shí)不能進(jìn)行外部傳輸。

*主機(jī)發(fā)出指令，設(shè)置HCNTL0、HCNTL1、BHIL、HR/W信號(hào)的狀態(tài)，以確定讀或?qū)懙募拇嫫饕约白止?jié)的選擇。

*主機(jī)發(fā)出時(shí)序控制信號(hào)，按照?qǐng)D1所示的時(shí)序進(jìn)行操作，從而完成一次外部傳輸。

編程時(shí)還要注意以下問(wèn)題。

①由于DSP的數(shù)據(jù)是16位，而單片機(jī)的數(shù)據(jù)是8位，所以單片機(jī)要分兩次將數(shù)據(jù)傳給DSP，即將16位的數(shù)據(jù)分成兩個(gè)字節(jié)來(lái)傳輸。這時(shí)，可以通過(guò)控制HPI口的HBIL信號(hào)來(lái)指定此次傳輸?shù)氖堑?個(gè)還是第2個(gè)字節(jié)。另外，還要通過(guò)HPI的控制寄存器（HPIC）中的BOB位來(lái)指定第1個(gè)字節(jié)作為高8位還是低8位，所以主機(jī)在訪問(wèn)HPI1時(shí)，應(yīng)首先對(duì)HPIC進(jìn)行初始化，并注意對(duì)BOB位的設(shè)置。HPIC的各位設(shè)置如下：

②主機(jī)對(duì)地址寄存器（HPIA）的寫操作會(huì)初始化一次內(nèi)部傳輸。當(dāng)主機(jī)通過(guò)兩次對(duì)HPIA的寫操作后，HPIA就得到了主機(jī)要訪問(wèn)的地址。這時(shí)內(nèi)部的DMA控制器就會(huì)根據(jù)這個(gè)地址將相應(yīng)單元的內(nèi)容讀到HPI內(nèi)部的數(shù)據(jù)鎖存器中，再對(duì)HPID進(jìn)行兩次讀操作就可以將數(shù)據(jù)讀出。如果將HPIA設(shè)置成自動(dòng)遞增模式，就會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r(shí)完成HPIA加1，于是又啟動(dòng)了一次內(nèi)部傳輸。這樣有利于數(shù)據(jù)的連續(xù)轉(zhuǎn)移。

③注意設(shè)置HPIC中的XHPIA位。XHPIA=1時(shí)，表示對(duì)DSP的7位擴(kuò)展地址進(jìn)行操作；XHPIA=0時(shí)，表示對(duì)DSP的低16位地址進(jìn)行操作。由于DSP復(fù)位后，XHIPA的狀態(tài)是不確定的，所以必須首先對(duì)HXPIA進(jìn)行設(shè)置。

④主機(jī)和DSP可以互相中斷。主機(jī)通過(guò)向HPIC中的位DSPINT寫入1來(lái)中斷DSP。該痊總是被讀出為0，而且DSP對(duì)該位的寫操作是無(wú)用的。而DSP要中斷主機(jī)時(shí)，向HPIC中的位HINT寫入1，這時(shí)HPI的接口引腳HINT被置低，從而使主機(jī)產(chǎn)生中斷。該位總是讀出為1，主機(jī)可以對(duì)該位寫1來(lái)清除中斷，這時(shí)HINT引腳就恢復(fù)高電平。

下面給出一段程序?qū)嵗簡(jiǎn)纹瑱C(jī)將DSP內(nèi)部RAM1000H單元的內(nèi)容讀出。硬件按照?qǐng)D1所示連接。

；設(shè)置HPIC，XHPIA=1

SETB P1.1

MOV DPTR,#0000H

MOV A,#18H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0004H

MOV A,#18H

MOVX @DPTR,A ；完成初始化

MOV DPTR，#0002H

MOV A，#00H

MOVX @DTPR,A

MOV DPTR,#0006H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;置擴(kuò)展地址為0

；設(shè)置HPIC，XHIPA=0

MOV DPTR，#0000H

MOV A，#08H

MOVX @DPTR,A

MOV DPTR,#0004H

MOV @DPTR,A

MOV DPTR,#0002H

MOV A,#10H

MOVX @DPTR,A ;寫地址高8位

MOV DPTR，#0006H

MOV A,#00H

MOVX @DPTR,A ;寫地址低8位

WAIT：JNB P1.0,WAIT ；判斷內(nèi)部傳輸是否完成

CLRB P1.1

MOV DPTR,#000BH

MOVX A,@DPTR ;讀高8位

MOV B，A

MOV DPTR，#000FH

MOVX A，@DPTR ；讀低8位

；讀操作完成

3 總結(jié)

當(dāng)然DSP與單片機(jī)之間還有許多其它的連接方式，例如利用雙口RAM，或者是通過(guò)串口，但是它們都占用DSP的處理時(shí)間，在要求苛刻的場(chǎng)合可能會(huì)影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。而HPI接口是通過(guò)DSP片內(nèi)的DMA控制器來(lái)訪問(wèn)片內(nèi)存儲(chǔ)器的，不需要DSP的干預(yù)?？梢哉f(shuō)，HPI接口是DSP的一個(gè)“后門”，單片機(jī)通過(guò)這個(gè)“后門”可以訪問(wèn)到DSP的片內(nèi)存儲(chǔ)器。只有當(dāng)HPI接口和DSP同時(shí)對(duì)同一地址進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，由于HPI具有訪問(wèn)優(yōu)先權(quán)，這時(shí)DSP的執(zhí)行會(huì)被延遲一個(gè)周期，而這種情況對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的影響是非常小的。

------------------