如何設(shè)計(jì)基于HPI接口的高速數(shù)據(jù)傳輸？

引言

DSP芯片能夠大大提高數(shù)字信號(hào)處理的效率，但在主機(jī)與DSP構(gòu)成的系統(tǒng)中，當(dāng)DSP與主機(jī)間需要大數(shù)據(jù)量傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率就會(huì)成為程序運(yùn)行速度的瓶頸。所以在程序調(diào)試過程中，實(shí)現(xiàn)主機(jī)與DSP之間的快速數(shù)據(jù)傳輸，不僅可以提高程序運(yùn)行效率，還可以大大節(jié)省調(diào)試程序的時(shí)間。

TMS320C6000系列的HPI(HoST Port Interface)接口不僅可以方便主機(jī)對(duì)DSP的控制，還可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)與DSP內(nèi)存的快速數(shù)據(jù)傳輸。這里用雙TMS320C6416(600MHz)來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，通過HPI接口實(shí)現(xiàn)了主DSP(下文中都稱為"主機(jī)")和從DSP的快速數(shù)據(jù)傳輸，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試了HPI接口的數(shù)據(jù)傳輸速率。

系統(tǒng)介紹

HPI概述

HPI(Host-Port Interface)主機(jī)接口，是TI高性能DSP上配置的與主機(jī)進(jìn)行通信的片內(nèi)外設(shè)。通過HPI接口，主機(jī)可以非常方便地訪問DSP的所有地址空間，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP的控制。

TMS320C6416的HPI接口是一個(gè)16bit/32bit寬的并行端口。主機(jī)(host)對(duì)CPU地址空間的訪問是通過EDMA控制器實(shí)現(xiàn)的。HPI接口的訪問主要通過三個(gè)專用寄存器來實(shí)現(xiàn)，它們分別是HPI控制寄存器(HPIC)、HPI地址寄存器(HPIA)和HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。

HPI接口信號(hào)簡(jiǎn)介

(1) HD[31∶0](數(shù)據(jù)總線)

(2) HCNTL[1∶0](控制HPI訪問類型)

如前所述，對(duì)HPI的訪問需要通過三個(gè)寄存器，即HPI地址寄存器(HPIA)，HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)和HPI控制寄存器(HPIC)來實(shí)現(xiàn)。HCNTL[1∶0]就是用于選擇這三個(gè)寄存器的專用引腳。

(3) HHWIL (半字指示選擇)

HHWIL指示當(dāng)前的為第一個(gè)或是第二個(gè)半字傳輸，但需要注意的是，它并不代表是最高有效的(most significant)還是最低有效的(least significant)，而決定的依據(jù)是HPIC中的HWOB位的狀態(tài)。在HPI32模式下，不使用此信號(hào)。

(4) HR/W (讀/寫操作指示)

(5) HRDY (輸出準(zhǔn)備好)

(6) HCS,HDS1,HDS2(選通信號(hào))

當(dāng)HCS有效，并且HDS1和HDS2中僅有一個(gè)有效時(shí)，內(nèi)部觸發(fā)信號(hào)HSTROBE有效。這三個(gè)信號(hào)的組合邏輯其實(shí)就是片選和讀/寫信號(hào)構(gòu)成的組合邏輯，因此，可直接與主機(jī)的片選和讀/寫信號(hào)相連。

(7) HAS (地址輸入選通)

(8) HINT(向主機(jī)輸出的中斷)

HPI接口寄存器簡(jiǎn)介

如上所述，主機(jī)通過HPI接口對(duì)DSP的訪問實(shí)際上是通過三個(gè)寄存器來實(shí)現(xiàn)的，下面就針對(duì)這三個(gè)專用寄存器進(jìn)行介紹。

(1) HPI控制寄存器(HPIC)

HPIC中每一位都有特定的功能，在對(duì)HPI進(jìn)行訪問的過程中需要特別注意。簡(jiǎn)要介紹一下這些功能位的作用。

①HWOB(半字順序位)

如果HWOB=1，第一個(gè)半字為最低有效;如果HWOB=0，第一個(gè)半字為最高有效。HWOB對(duì)地址和數(shù)據(jù)都起作用，如果采用HPI16模式，在訪問數(shù)據(jù)或者地址寄存器之前，應(yīng)該首先初始化HWOB位。

②DSPINT(主機(jī)產(chǎn)生的Processor-to-CPU中斷，用于HPI啟動(dòng)方式中將DSP內(nèi)核從復(fù)位狀態(tài)中喚醒)

③HINT(DSP-to-Host中斷，即通過向此位寫入特定值來產(chǎn)生對(duì)主機(jī)的中斷)

(2) HPI地址寄存器(HPIA)

存放32bit數(shù)據(jù)，指向?qū)⒁L問的DSP地址空間中的地址。

(3) HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)

在寫操作中存放將要寫入HPIA所指向地址的數(shù)據(jù)，在讀操作中為HPIA所指向地址中的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)

外設(shè)選擇

在C6416中，一些外設(shè)共用某些引腳。其中HPI，GP[15:9]，PCI， EEPROM以及McBSP2共用一組引腳，DSP在復(fù)位時(shí)通過鎖存PCI_EN及McBSP2_EN引腳的值來選擇使用何種外設(shè)。如表1，在本設(shè)計(jì)中，將這兩個(gè)選擇引腳都拉低。

數(shù)據(jù)總線

C6416 HPI數(shù)據(jù)總線具有32個(gè)外部引腳HD[31:0]。因此，C6416 HPI支持16位或32位的數(shù)據(jù)總線。當(dāng)用16位寬的主機(jī)接口時(shí)，C6416 HPI稱為HPI16;當(dāng)用32位寬的主機(jī)接口時(shí)，C6416 HPI稱為HPI32。C6416 HPI通過復(fù)位時(shí)的自舉和器件配置引腳(HD5)選擇采用HPI16還是HPI32。

HPI16具有16位數(shù)據(jù)總線，HPI16將兩個(gè)連續(xù)的16位傳輸組成一個(gè)32位數(shù)據(jù)傳送到CPU。為了和其他C6000器件兼容，無論復(fù)位時(shí)選擇何種Endian模式，HPI16都使用HD[15：0]作為數(shù)據(jù)引腳。HPI32具有32位的數(shù)據(jù)總線，使用該增加的總線寬度，所有傳輸均為一個(gè)32位的字傳輸，而不是兩個(gè)連續(xù)的16位半字。在本設(shè)計(jì)中采用HPI32總線模式。

主機(jī)EMIF配置

對(duì)主機(jī)，EMIFA (64位總線)和EMIFB (16位總線)都可以與HPI相連。在HPI16模式下，可以采用EMIFB，在HPI32模式下，可以采用EMIFA。在本設(shè)計(jì)中，影射EMIFA CE1存儲(chǔ)器空間為主機(jī)接口，對(duì)CE1空間控制寄存器的設(shè)置。

硬件連接

從C6416 HPI寄存器的編址方式可以看出，主機(jī)需兩根地址線尋址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，因此選擇主機(jī)的地址線A3、A2連接C6416 HPI的HCNTL1、HCNTL0。HPI的選通由HCS、HDS1、HDS2三根信號(hào)線共同作用，最后的HPI使能信號(hào)(STROBE)為HDS1異或HDS2后，再與HCS進(jìn)行與非運(yùn)算的結(jié)果。若將HPI接口安排在主機(jī)的ACE1區(qū)域(即地址范圍0X90000000-0X9FFFFFFF)，則直接將主機(jī)的片選信號(hào)ACE1接到HCS，而將讀寫信號(hào)RE、WE分別接到HDS1、HDS2。對(duì)于HR/W信號(hào)，可以連接到地址線A4，當(dāng)A4=1時(shí)，代表讀操作，反之為寫操作。

若使用HPI16，可以使用主機(jī)的地址線A1接HHWIL來完成高低字節(jié)的識(shí)別：當(dāng)A1=0時(shí)，表示為第一字節(jié);A1=1時(shí)表示第二字節(jié)。

由于主機(jī)的ARDY信號(hào)和C6416 HPI接口的HRDY信號(hào)邏輯剛好相反，因此要將HRDY信號(hào)經(jīng)過反相后再接ARDY信號(hào)。C6416 HPI的HINT信號(hào)可以直接連接到主機(jī)的EXT_INT7引腳上實(shí)現(xiàn)HPI對(duì)主機(jī)的中斷信號(hào)連接。HPI接口信號(hào)線中的HAS線直接拉高。

軟件設(shè)計(jì)

主機(jī)必須按照順序進(jìn)行HPI訪問：

(1)初始化HPI控制(HPIC)寄存器;

(2)初始化HPI控制(HPIA)寄存器;

(3)寫數(shù)據(jù)到HPI數(shù)據(jù)(HPID)寄存器或從HPID寄存器讀取數(shù)據(jù)。

一旦HPI被初始化，主機(jī)就可以固定地址模式或自動(dòng)增加模式對(duì)DSP地址進(jìn)行讀寫訪問，下面以HPI接口地址增加模式寫操作為例來介紹。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

HPI的數(shù)據(jù)傳輸速率可以通過在單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量來表示，其計(jì)算公式如下

cpuclk： CPU時(shí)鐘周期

latency： 從主機(jī)開始傳輸?shù)侥繕?biāo)準(zhǔn)備轉(zhuǎn)移第一個(gè)數(shù)據(jù)所需周期數(shù)

xfer：傳輸n個(gè)字所需周期數(shù)

結(jié)束語

本文介紹了主機(jī)接口HPI的特點(diǎn)，通過實(shí)驗(yàn)得出HPI的數(shù)據(jù)傳輸速率。該方案靈活簡(jiǎn)單，適用于含有HPI接口的DSP應(yīng)用系統(tǒng)，從而為開發(fā)人員提供了一種全新的數(shù)據(jù)共享傳輸方案。其特點(diǎn)是通用、高速且不需輔助硬件，具有很好的實(shí)際應(yīng)用前景。