基于USB2.0總線的TMS320VC5402 HPI自舉的實(shí)現(xiàn)方案
TMS320VC5402是 TI公司的一種16位數(shù)字信號處理器，以其獨(dú)有的低功耗和高性價(jià)比，受到用戶的歡迎。C54x操作靈活及運(yùn)行速度高;使用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專用硬件邏輯的CPU、片內(nèi)存儲器和外設(shè)接口，以及高度專業(yè)化的指令集。而且， C54系列DSP與主機(jī)連接通過HPI(Host Port Interface)接口，以邏輯電路設(shè)計(jì)簡單、不需要額外的存儲器和程序更新方便優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用靈活多樣的引導(dǎo)加載模式以實(shí)現(xiàn)接口和處理功能開發(fā)。
HPI口是C54x DSP系列芯片內(nèi)部的并行接口部件，用于與其他總線或CPU主機(jī)之間進(jìn)行連接通信，主機(jī)是HPI口的主控者，通過專用地址和數(shù)據(jù)寄存器、HPI控制寄存器以及外部數(shù)據(jù)和接口控制信號與HPI口通信。
USB接口具有即插即用，速度快(最高可達(dá)480Mbps)等特點(diǎn)，可成為PC機(jī)的外圍設(shè)備擴(kuò)展中應(yīng)用日益廣泛的接口標(biāo)準(zhǔn)，基于USB總線對DSP實(shí)現(xiàn)HPI自舉，可以降低成本，也便于DSP與PC機(jī)的高速數(shù)據(jù)通信，鑒于此種考慮，本文介紹一種利用USB2.0接口控制芯片(CY7C68013-56PVC)實(shí)現(xiàn)TMS320VC5402自舉的實(shí)現(xiàn)方案。
USB2.0芯片及其GPIF簡介
本方案采用的USB2.0接口控制芯片是Cvpress公司的CY7C6801356PVC,該系列芯片是世界上第一款支持USB2.0的集成微控制器芯片，它集成有USB2.0收發(fā)器、智能串行接口引擎(SIE)、增強(qiáng)的8051微處理器，通用可編程接口(GPIF)、片上RAM和FIFO存儲器.該系列芯片的智能引擎也支持USB1.1協(xié)議，因此，它具有很好兼容性。
CY7C68013與外設(shè)有主/從兩種接口方式：可編程接口GPIF和Slave FIFO,可編程接口GPIF是一個(gè)微狀態(tài)機(jī),可由軟件編寫讀寫控制時(shí)序，也可以作為USB FIFO的主控制器與DSP進(jìn)行無縫連接，GPIF可工作在自動模式，USB總線和GPIF接口域直接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，無需8051內(nèi)核直接參入，以此解決 USB2.0高速傳輸?shù)?quot;瓶頸"問題，GPIF與8051內(nèi)核關(guān)系如圖1所示。
硬件設(shè)計(jì)原理
自舉從本質(zhì)上說就是DSP上電后，在Bootloader引導(dǎo)下，獲取應(yīng)用程序并開始運(yùn)行的過程，TMS320VC5402上電以后，當(dāng) MP/MC為低電平時(shí)，系統(tǒng)將從片內(nèi)ROM的OFF80H開始執(zhí)行，此處的跳轉(zhuǎn)指令使程序跳轉(zhuǎn)至BootLoader程序入口處(OF800H處)。 Bootloader程序先清除IFR,并設(shè)置HPI入口點(diǎn)(0x7F)的值為0,置HINT為低，再檢測INT2是否置位，如置位則進(jìn)行HIP自舉,具過程如圖2所示。
DSP復(fù)位之后，如檢測到HPI自舉方式有效，就可以進(jìn)行HPI自舉引導(dǎo)，基于USB總線的HPI自舉，就是在Bootloader引導(dǎo)下，通過USB接口控制芯片把程序數(shù)據(jù)由主機(jī)(PC)寫入DSP內(nèi)部RAM(DARAM)并使DSP開始運(yùn)行的過程，該自舉過程分為三個(gè)步驟：一是寫HPIC, 以設(shè)置HPI控制參數(shù);二是寫HPIA,設(shè)置訪問DSP的首地址;三是通過HPID下載程序。
首先，推動EZ-USB Control Panel下載CY7C68013的固件程序。當(dāng)重枚舉結(jié)束，驅(qū)動程序(ezusb.sis)重新安裝成功后，在Control Panel中通過發(fā)送請求的方式由端點(diǎn)0向HPIC發(fā)送兩個(gè)相同的8位控制字，而當(dāng)HPIC初始化完成之后，再通過端點(diǎn)0設(shè)置欲下載程序段到DSP中的首地址HPIA.HPIC、HPIA設(shè)置好之后，就可以通過端點(diǎn)2下載DSP程序代碼段，程序代碼段需要分段下載，實(shí)際上，CY7C68013通過端點(diǎn)2把數(shù)據(jù)寫入HPID,然后，DSP按照HPIA指定的地址，由DMA自動將HPID中的數(shù)據(jù)寫到RAM,接口控制時(shí)序可由GPIF軟件編程控制，程序數(shù)據(jù)分段下載完畢之后，再將程序的入口地址通過端點(diǎn)0寫入0x7F處，在主機(jī)下載程序的過程中，DSP將一直檢測0x7F是否為0,如不為0,即判定DSP已由主機(jī)進(jìn)行了HPI自舉加載，并按照該值跳轉(zhuǎn)PC指針，以開始運(yùn)行，進(jìn)而完成HPI自舉。
硬件電路
本設(shè)計(jì)用CY7C68013-56PVC與TMS320VC5402的HPI口相連接，接口選擇GPIF模式，硬件電路如圖3所示，該方案中，HCNTL[1:0]與GPIF的低位地址線PA3、PA2相連，以選擇需要訪問的HPI的HPIA、HPIC,HPID寄存器，CTL0接至 HR/W,可作為讀寫控制信號，HDS1與輸出信號線CTL1相連，以作為HPI訪問的選通信號，HBIL與輸出信號線CTL2相連，已用于識別傳輸?shù)氖堑谝粋€(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)，HRDY接輸入信號線RDY0.用于通過主機(jī)查詢HPI口的狀態(tài)，HINT、INT2與INT0連接，可確保HPI自舉有效，HCS接GND,可使HPI片選信號有效，HPIENA接高電平時(shí)，HPI使能，HAS、HDS2接高電平時(shí)，信號線禁用。數(shù)據(jù)線PD[7:0]與 HD[7:0]相連，可在控制時(shí)序作用下傳輸一切數(shù)據(jù)信號。HPI接口控制時(shí)序由CTL0、CTL1、CTL2引腳輸出，在自舉過程中，系統(tǒng)將關(guān)閉 CY7C68013所有的中斷，若要通過中斷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的握手，可以在自舉完畢打開CY7C68013的中斷。
CY7C68013的具體配置為：啟用GPIF接口控制數(shù)據(jù)傳輸，GPIF接口采用內(nèi)部時(shí)鐘(48MHz);端點(diǎn)2設(shè)置為批量傳輸輸出端點(diǎn)，最大傳輸值是512字節(jié)，雙緩沖;終端4、8禁用。端點(diǎn)6可作為批量傳輸輸入端點(diǎn)來向主機(jī)傳輸數(shù)據(jù)，需要說明的是端點(diǎn)6不是自舉所必需的。
DSP應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
實(shí)現(xiàn)TMS320VC5402 HPI自舉的前提是生成DSP應(yīng)用程序的分段Hex代碼文件，在CCS中可用匯編語言，C語言等編寫應(yīng)用程序源代碼，經(jīng)匯編、鏈接、編譯后，生成可執(zhí)行的公共目標(biāo)文件格式(COFF)的文件，COFF文件不能用于HPI自舉引導(dǎo)，而需要利用TI公司的文件格式轉(zhuǎn)換工具h(yuǎn)ex00.exe,將COFF文件轉(zhuǎn)換為Hex格式文件[5].格式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵是正確編寫Hex命令文件，下面討論如何編寫這種命令文件，例如將包含text段的源程序鏈接、編譯生成 test.out文件，編寫命令文件時(shí)，可利用hex500.exe將test.out轉(zhuǎn)換為對應(yīng)text段的Hex文件，命令文件test為。cmd如下：
-i //生成Intel格式
test.out //輸入文件
ROMS
{
PAGE 0:ROM1:org=0x2000,Length=0x2000,romwidth=16,memwidth=16,
files={test1.hex} //text段的起始地址為0x2000
} //如有多端就可增加多個(gè)ROM SECTIONS
[!--empirenews.page--]{text:paddr=0x2000} //如有多端就可增加多個(gè)部分
在DOS環(huán)境下，利用hex500.exe轉(zhuǎn)換命令文件test.cmd,就可得到test1.hex文件，通過CY7C68013把test1.hex文件寫入DSP內(nèi)部RAM,再把程序的入口地址寫入0x7F處，便可完成自舉。
USB固件程序設(shè)計(jì)
Cypress公司提供有USB的輔助開發(fā)工具：EZ-USB Control Panel,GPIF Designer.通過GPIF Designer可以生成GPIF波形圖及相應(yīng)的C源代碼gpif.c.Cypress公司同時(shí)提供了固件程序框架，因而可把gpif.c加入固件程序框架進(jìn)行開發(fā)，從而提高開發(fā)效率。本方案中，固件程序設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對GPIF的編程，以便生成符合HPI接口的時(shí)序的波形描述代碼，以用于控制數(shù)據(jù)傳輸，HPI自舉需要的GPIF控制波形描述符為：單字節(jié)寫，F(xiàn)IFO寫。HPIA、HPIC的初始化需要單字節(jié)寫控制時(shí)序，程序代碼寫入HPID需要 FIFO寫控制時(shí)序，若要實(shí)現(xiàn)二者的數(shù)據(jù)通信，還需要單字節(jié)讀、FIFO讀等控制波形描述符。
HPIC、HPIA的初始值是在EZUSB Control Panel中通過制造商請求工具欄由EP0發(fā)送的，固件程序中還要有相應(yīng)的請求處理程序，以完成具體的設(shè)置，如假定HPIC請求類型的ID為 0xB6.HPIC=0x0101，則請求工具欄的具體參數(shù)應(yīng)為：Req=0xB6,Value=0x0000,Index=0xBEEF,Length=2,Dir=0,Hex Bytes=0101,固件中應(yīng)加入的請求處理程序?yàn)椋?/p>
case 0xB6:
{EPOBCL=0; //EP0使能
while(EP01STAT&bmEP0BSY); //等待EPO數(shù)據(jù)接收完畢
while(!HPI_RDY); //等待HPI處理完畢
IOA=0x00; //選擇HPIC寄存器
GPIFWFSELECT=0x1E; //選擇寫低字節(jié)的單字節(jié)寫控制波形
while(!(GPIFTRIG&0x80))
{;}
XGPIFSGLDATLX=EP0BUF[0]; //寫低字節(jié)數(shù)據(jù)
GPIFWFSELECT=0x4E; //選擇寫高字節(jié)的單字節(jié)寫控制波形
while(!(GPIFTRIG&0x80))
{;}
XGPIFSGLDATALX=EP0BUF[1]; //寫高字節(jié)數(shù)據(jù)
break;}
設(shè)置程序下載的首地址(HPIA值)的請求處理程序與設(shè)置HPIC的程序基本相同，只需按照請求類型的ID,來改變訪問寄存器的地址即可，訪問HPIA時(shí)，HCNTL[1:0]=10b,即IOA=0x08.
訪問HPID下載程序數(shù)據(jù)時(shí)，可采用大端點(diǎn)EP2自動打包方式(AUTOIN=1)，即將數(shù)據(jù)發(fā)送到端點(diǎn)后，自動傳到FIFO中，等待寫 HPID條件具備，再啟動GPIF,以將程序數(shù)據(jù)寫入HPID,訪問HPDI可采用地址自動增加模式(HCNTL[1:0]=01b)，寫數(shù)據(jù)前，地址自動加1,這樣，數(shù)據(jù)便可以經(jīng)過DSP內(nèi)部DMA自動寫入內(nèi)部RAM,寫HPID的程序如下：
if(GPIFTRIG&0x80) //GPIF接口是否處于空閑狀態(tài)
{if(!(EP24FIFOELGS&0x02)) //自動向量是否可以訪問EP2FIFO中數(shù)據(jù)
{IOA=0x04; //選擇HPID寄存器，且訪問時(shí)地址自動增加
while(!HPI_RDY); //等待HPI處理完畢
SYNCDELAY;
GPIFTCB1=EP2FIFOBCH; //寫入的字節(jié)數(shù)
SYNCDELAY;
GPIFTCB0=EP2FIFOBCL;
SYNCDELAY;
GPIFTRIG=GPIF_EP2; //啟動寫數(shù)據(jù)
SYNCDELAY;
While(!(GPIFTRIG&0x80) //等待寫入完畢
{;}
SYNCDELAY;}}
這樣程序數(shù)據(jù)就可以分段通過端點(diǎn)2寫入DSP內(nèi)部RAM,最后再把入口地址寫入0x7F,以完成HPI自舉，值得注意的是，采用此種方式訪問HPID時(shí)，寫入HPIA的初值為程序入口的一個(gè)地址，例如，寫test1.hex時(shí)，應(yīng)設(shè)定HPIA=0x1fff.
為縮短開發(fā)周期，本設(shè)計(jì)采用開發(fā)包中通用驅(qū)動(ezusb.sys)和EZUSB Control Panel進(jìn)行開發(fā)、調(diào)試、也可以對通用驅(qū)動、控制面板的源程序在VC++環(huán)境(需要DDK的支持)下進(jìn)行二次開發(fā)，以便編譯出開發(fā)者滿意的驅(qū)動程序和上位機(jī)程序。
結(jié)語
通過實(shí)踐證明，基于USB2.0總線DSP HPI自舉的方案是可行的，可以達(dá)到預(yù)期效果，該方案可以省掉外擴(kuò)的EPROM、FLASH及RAM等程序存儲器，故可節(jié)約成本，也便于DSP軟件算法升級，而且符合嵌入式系統(tǒng)要求，有很好的應(yīng)用前景，當(dāng)然，該方案還有待進(jìn)一步優(yōu)化與增強(qiáng)，若要訪問外部存儲器，還需要編寫二次引導(dǎo)程序，以便通過該程序把內(nèi)部存儲器中的數(shù)據(jù)編譯到外部存儲器，若需DSP與主機(jī)實(shí)時(shí)通信，則需要USB固件和DSP源程序中編寫相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。
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