當前位置:首頁 > 嵌入式 > 嵌入式硬件
[導讀]本文所設計的方案已經(jīng)成功應用于筆者開發(fā)的激光掃描系統(tǒng)中。實踐證明,該方案所用硬件簡潔,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸可靠。本系統(tǒng)由于具有高速實時數(shù)據(jù)運算能力,可廣泛應用于語音處理、數(shù)字加密、圖像處理、多路數(shù)據(jù)采集處理等領域,可升級能力強,具有很廣闊的應用前景。

在信號處理系統(tǒng)中一般采用數(shù)據(jù)采集卡實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,采用微機軟件處理的方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理,采用PC機實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理。由于PC機的CPU采用的是馮?諾依曼存儲器結(jié)構,并不適用于數(shù)字信號的運算,若完全使用PC機處理數(shù)字信號不僅造成處理速度慢,影響PC機對數(shù)據(jù)的管理,還會影響信號處理系統(tǒng)的實時性。因此,提出一種方案把數(shù)字信號處理部分從PC機軟件中分離出來交給DSP處理,DSP處理完畢后再把數(shù)據(jù)交還PC機進行管理。這樣充分利用DSP對數(shù)字信號高速處理的優(yōu)勢,提高信號處理系統(tǒng)的實時性和穩(wěn)定性。本文以TMS320VC5402 DSP為例,給予說明。

1 系統(tǒng)的硬件設計

1.1 PCI接口芯片PCI9052

PCI9052是一款面向低端應用的高性能、工作在目標(從)模式的PCI接口芯片,支持PCI 2.1總線規(guī)范。該芯片的局部總線可以通過編程設置為8/16/32位的(非)復用總線,且局部總線時鐘與PCI總線時鐘相互獨立運行,便于高、低速設備的兼容,并可支持相對慢的局部總線在PCI總線上的突發(fā)傳輸速率達到132 Mb/s。同時,PCI9052提供5個本地地址空間和4個本地地址片選,基址和地址范圍可由串行E2PROM編程設置。選擇PCI9052作為PCI-DSP橋可以降低PCI總線開發(fā)的難度,增加系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

1.2 DSP的HPI通信協(xié)議

TMS320VC5402 DSP具有8位的增強型HPI接口,其專門用于DSP與其他總線或CPU進行通信。主機是通過HPI控制寄存器(HPIC),地址寄存器(HPIA),數(shù)據(jù)寄存器(HPID)訪問DSP的片內(nèi)RAM,從而實現(xiàn)與DSP通信的。DSP只能訪問HPIC。HPI寄存器的選擇由HCNTL[1:0]腳在PCI總線地址有效期實現(xiàn),說明如表1所示:

在主機訪問DSP片內(nèi)RAM過程中,主機首先根據(jù)訪問類型對HPIC寄存器進行初始化操作,然后再對HPIA寄存器進行操作,將要訪問存儲單元的地址寫入HPIA,最后對HPID寄存器進行讀寫操作,此刻HPID寄存器的內(nèi)容為HPIA指定存儲器的內(nèi)容,這樣便實現(xiàn)主機和DSP的一次通信過程。

1.3 DSP與PCI的接口設計

DSP與PCI的接口是實現(xiàn)DSP與主機進行通信的關鍵。由于TMS320VC5402 DSP的HPI口是8位并口,所以PCI9052局部總線設定為8位非復用總線模式,并將其LAD[7..0]與DSP的HD[7..0]連接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的連接。接口電路如圖1所示。在8位總線模式下,LBE[1:0]分別對應于地址的LA[1:0],將LBE0與HBIL相連,用于區(qū)分當前傳輸?shù)氖堑?字節(jié)還是第2字節(jié)。LA[3:2]分別與HCNTL[1:0]相連,用于選擇HPI寄存器。利用PCI9052芯片的讀寫控制信號LBE0#,LBE1#,LW/R,LRDY#和部分地址信號LA[3:2]經(jīng)過CPLD進行時序和邏輯轉(zhuǎn)換便可生成HPI口的控制信號HBIL,HC-NTL0,HCNTL1,HDS1#,HR/W#。HPIENA腳接“1”表示選用HPI模塊。這樣PCI9052就可在地址有效期決定訪問哪個HPI寄存器,實現(xiàn)DSP與PCI的通信。

1.4 系統(tǒng)的電路設計

如圖2所示系統(tǒng)電路主要由3部分組成:第一部分是PCI9052與PCI插槽間的信號連接電路,包括地址數(shù)據(jù)復用信號AD[31::0];總線命令信號C/BE[3::0]#;接口控制信號FRAME#,TRDY#,IRDY#,STOP#;IDSEI#,DEVSEL#,錯誤報告信號PERR#,SERR#;系統(tǒng)信號CLK,RST#。這些信號是局部總線設備保證與PCI總線正確通信的必要信號。第二部分是和串行E-2PROM的信號連接電路,E2PROM內(nèi)存儲的是用于PCI加載的配置信息,這些信息在PCI9052硬件復位時的正確加載是保證PCI局部總線設備正常工作的前提。第三部分是PCI9052與DSP HPI接口的信號連接電路,包括數(shù)據(jù)線、地址線、讀寫控制信號線、中斷信號線等。此外該系統(tǒng)還可根據(jù)DSP的其他功能擴展相應的外設電路。

2 系統(tǒng)的軟件設計

2.1 PC機與DSP通信驅(qū)動程序設計

PC機上應用軟件不能直接對底層硬件進行訪問,為實現(xiàn)PC機與DSP的通信還應編寫設備驅(qū)動程序。WDM(Windows Driver Model)是NT3.51和NT4.0內(nèi)核模式設備驅(qū)動程序模型的擴展形式,是一種PnP驅(qū)動程序,能在Windows 98,Windows 2000和Windows XP間實現(xiàn)源代碼級兼容。為了便于在多操作系統(tǒng)中均能應用本系統(tǒng),需編寫WDM驅(qū)動程序。

在PCI設備驅(qū)動程序中主要是完成PCI設備的內(nèi)存、端口的讀寫功能和中斷處理功能。若采用DDK開發(fā),需要軟件人員對計算機底層知識熟悉、開發(fā)難度大、為簡化驅(qū)動程序的開發(fā),可以使用NuMega推出的DriverStudio設備驅(qū)動程序開發(fā)工具包。通過DriverStudio開發(fā)者很容易生成驅(qū)動程序框架,同時,DriverStudio與VC++有很好的接口。生成的驅(qū)動框架可以在Microsoft VC++6.0環(huán)境下添加驅(qū)動代完成驅(qū)動編寫。驅(qū)動程序設計內(nèi)容如下:


(1)設備初始化

PCI設備的硬件資源由PCI配置機構動態(tài)分配,由PCI設備實現(xiàn)PCI配置寄存器,提出需要配置的硬件資源,驅(qū)動程序只有獲取這些資源才能對硬件進行操作。設備初始化環(huán)節(jié)使PCI設備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)識別PCI器件,尋址PCI器件的資源。如果m_MemoryRange0,m_IoPortRange1分別為KMemoryRange類、KIoRange類的實例,則初始化操作可通過調(diào)用其成員函數(shù)實現(xiàn):

(2)端口操作

對于X86處理器I/O空間是一個64 B的尋址空間。當初始化完畢后,可直接調(diào)用KIoRange類成員函數(shù)對端口進行操作。如從端口讀/寫一個雙字數(shù)據(jù)可調(diào)用成員函數(shù)ind(),Outd()實現(xiàn)。

(3)內(nèi)存操作

對于X86處理器內(nèi)存地址空間可達到4 GB。對內(nèi)存操作同樣可以通過調(diào)用KMemoryRange類成員函數(shù)實現(xiàn)。如從內(nèi)存讀、寫一個字數(shù)據(jù)可調(diào)用成員函數(shù)inw(),outw()實現(xiàn)。

(4)中斷操作

在本系統(tǒng)中的PCI中斷是由PCI設備發(fā)出的要求上位機接收數(shù)據(jù)的中斷請求,中斷服務程序要完成的功能是上位機從DSP的片內(nèi)RAM中讀取數(shù)據(jù)。對硬件的中斷處理可通過調(diào)用KInterrupt類的相關成員函數(shù)實現(xiàn)。

此函數(shù)完成了初始化中斷類實例操作并實現(xiàn)了與中斷服務例程的連接。驅(qū)動程序安裝好以后,在應用程序中調(diào)用Create-File()函數(shù)打開設備,通過調(diào)用API函數(shù)De-viceloControl就可實現(xiàn)應用程序與DSP之間的通信。

2.2 下位機軟件

下位機軟件為運行在DSP內(nèi)的客戶端程序。該軟件主要功能是接收上位機發(fā)送的數(shù)據(jù)并按照用戶的要求進行處理,并把計算結(jié)果返回給上位機或根據(jù)計算結(jié)果驅(qū)動其他外設工作。該軟件的核心部分為對數(shù)據(jù)進行處理的算法,應按照數(shù)據(jù)處理的具體要求選用相應的算法實現(xiàn)。軟件的設計思想是:在系統(tǒng)復位后,首先對DSP進行初始化設置,如設置工作頻率為100 MHz,設置狀態(tài)寄存器ST0,ST1,設置軟件等待狀態(tài)寄存器等,以使DSP工作在最優(yōu)狀態(tài)。上位機在向下位機發(fā)送完畢數(shù)據(jù)后對DSP發(fā)出中斷請求,DSP立刻響應中斷,轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序,進行數(shù)據(jù)處理。當數(shù)據(jù)處理完畢后,DSP再將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果送還給上位機,結(jié)束本次中斷服務,程序返回到斷點處,直至下一次中斷的到來。軟件流程圖如圖3所示。

3 DSP系統(tǒng)的自舉加載(BootLoader)

DSP系統(tǒng)的自舉加載目的是使系統(tǒng)上電后程序代碼能從外部存儲介質(zhì)引導裝載到DSP內(nèi)部或外部程序存儲器中脫機運行。自舉加載的實現(xiàn)方式常用的有外部并行自舉加載和HPI自舉加載兩種。

由于主機可以通過HPI口訪問DSP的片內(nèi)RAM資源,所以下位機程序可以在系統(tǒng)上電復位的時候通過上位機加載到DSP中。采用自舉加載模式,在硬件上需要將DSP的INT2腳與HPI的中斷輸出HINT腳相連,以保證在系統(tǒng)復位后選擇HPI加載模式,通信原理和前面講述的方法一致。在加載過程中,上位機首先將程序搬移到DSP的片內(nèi)RAM,然后再將程序的人口地址寫到DSP的數(shù)據(jù)空間007FH內(nèi),DSP一旦監(jiān)測到007FH處的數(shù)據(jù)不再為0即判斷為代碼轉(zhuǎn)移完畢,并跳轉(zhuǎn)到007FH里存放的地址去執(zhí)行,從而完成啟動。采用HPI加載方式不僅免去了外接E2PROM或FLASH等掉電非易失性存儲器件,而且可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理要求不同載入不同的下位機程序,從而簡化了硬件結(jié)構,增加使用的靈活性,是本系統(tǒng)理想的自舉加載模式。

4 結(jié)語

本文所設計的方案已經(jīng)成功應用于筆者開發(fā)的激光掃描系統(tǒng)中。實踐證明,該方案所用硬件簡潔,系統(tǒng)工作穩(wěn)定,數(shù)據(jù)傳輸可靠。本系統(tǒng)由于具有高速實時數(shù)據(jù)運算能力,可廣泛應用于語音處理、數(shù)字加密、圖像處理、多路數(shù)據(jù)采集處理等領域,可升級能力強,具有很廣闊的應用前景。

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉