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TI 54xxDSP與51單片機的接口技術
摘要：TI的54xxDSP是一種定點DSP系列芯片，產生應用于各種信號處理系統，特別是語音信號處理系統。在這些系統中，通常由兩部分組成。一部分為DSP子系統，這是整個系統的核心，主要完成采樣、數字信號處理以及輸出等功能；另一部分為單片機子系統，進行交互界面的控制，如鍵盤和顯示。兩個子系統不是各自孤立的，需要進行必要的數據交換。本文主要討論DSP和51單片機之間通過HPI接口進行連接的設計方法，給出硬件連接以及軟件編程方法。關鍵詞：DSP HPI 單片機
TMS320C54xx是TI公司針對音頻信號處理領域推出的一種定點DSP系列芯片，已經在很多語音信號處理系統中得到了廣泛的應用。在這些系統中，通常包含DSP和單片機兩個子系統。DSP系統作為從設備，完成采樣、計算等功能；單片機系統作為主設備，完成交互界面的控制。主從設備之間也要以一定的方式接口，來進行數據通信。下面就介紹DSP和單片機之間的接口技術。
這里單片機選擇的是MCS-51系列。51系列是一種很經典的單片機，20多年來一直久盛不衰。而且Intel通過授權51內核，出現很多第三方生產的51系列產品。這些產品一般都具有較高的時鐘頻率和較大的存儲空間，而且還能運動嵌入式操作系統。這些都極大地提高了它的性能，擴大了它的應用范圍。
DSP芯片中的HPI（主機接口）是為了滿足DSP與其它的微處理器接口而專門設計的。它分為HPI-8和HPI-16，分別針對具有8位和16位數據線的單片機。每一種又分為標準型和增強型。兩值得的區別在于標準型只可以訪問固定的地址空間，而增強型可以訪問整個DSP的片內存儲器。這里以增強型的HPI8為例為說明。
1 硬件設計
1.1 時序匹配
HPI8總共有18根信號線。其中數據線8根（HD0～HD7）,其余10根都是控制線，如表1所列。（詳細情況查看參考文獻[1]。）
表1 HPI接口信號及功能
HAS 鎖存信號，用來鎖存HBIL、HCNTL0/1，HR/W HBIL 字節控制信號，0表示傳輸第1個字節，1表示傳輸第2個字節 HCNTL0/1 與HCNTL1配合選擇HPI寄存器 HD0～HD7 數據線 HCS 片選信號 HDS1 傳輸時序控制信號 HDS2 傳輸時序控制信號 HINT 主機中斷信號 HRDY 準備就緒信號 HR/W 讀或寫控制信號
①HAS：在數據線和地址復用的MCU中，與ALE信號連接，在下降沿鎖存HBIL、HCNTL0/1、HR/W，因數這些信號通常與地址線連接。如果MCU的數據線和地址線沒有復用，則應該接高電平。
②HDS1、HDS2：數據傳輸的時序控制。時序見圖1，即下降沿傳輸開始，上升沿傳輸結束。另外如果不使用HAS（即接高電平），也可以配合HCS對HBIL、HCNTL0/1、HR/W進行鎖存。
③HCNTL0/：選擇HPI內部寄存器，如表2所列。
表2 HPI內部寄存器的選擇方式
HCNTL1 HCNTL0 0 0 控制寄存器HPC 0 1 數據寄存器HPID，并且使地址寄存器HPIA為自動增加模式 1 0 地址寄存器HPIA 1 1 HPID，并且HPIA不自動增加
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，需要做電平轉換。如果引腳數量少，可以直接用三極管電阻來轉換。這里由于引腳較多，所以選用TI74LVC16245A芯片來進行電平轉換。
圖1
74LVC16245A是TI公司的一種16位雙向總線收發器。它可以接收高達5.5V的高電平，而輸出的高電平可以達到3.3V左右，內部包括16路如圖2所示的結構單元。
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應該接3.3V。
整個硬件連接如圖3所示。
2 軟件設計
HPI的數據傳輸分為兩部分：外部傳輸和內部傳輸。外部傳輸是指主機和HPI寄存器之間的傳輸，由主機發出指令完成。內部傳輸是指HPI寄存器和DSP內部RAM之間的傳輸，由DSP內部的DMA控制器自動完成。主機在進行外部傳輸時，要先檢查內部傳輸是否完成，這是通過檢測HRDY信號實現的。外部傳輸操作的一般步驟是：
*檢查HRDY信號的電平。為高，表示可以進行傳輸；為低，表示DSP正在進行內部傳輸，此時不能進行外部傳輸。
*主機發出指令，設置HCNTL0、HCNTL1、BHIL、HR/W信號的狀態，以確定讀或寫的寄存器以及字節的選擇。
*主機發出時序控制信號，按照圖1所示的時序進行操作，從而完成一次外部傳輸。
編程時還要注意以下問題。
①由于DSP的數據是16位，而單片機的數據是8位，所以單片機要分兩次將數據傳給DSP，即將16位的數據分成兩個字節來傳輸。這時，可以通過控制HPI口的HBIL信號來指定此次傳輸的是第1個還是第2個字節。另外，還要通過HPI的控制寄存器（HPIC）中的BOB位來指定第1個字節作為高8位還是低8位，所以主機在訪問HPI1時，應首先對HPIC進行初始化，并注意對BOB位的設置。HPIC的各位設置如下：
X X X XHPIA HINT DSPINT X BOB
②主機對地址寄存器（HPIA）的寫操作會初始化一次內部傳輸。當主機通過兩次對HPIA的寫操作后，HPIA就得到了主機要訪問的地址。這時內部的DMA控制器就會根據這個地址將相應單元的內容讀到HPI內部的數據鎖存器中，再對HPID進行兩次讀操作就可以將數據讀出。如果將HPIA設置成自動遞增模式，就會在數據傳輸的同時完成HPIA加1，于是又啟動了一次內部傳輸。這樣有利于數據的連續轉移。
③注意設置HPIC中的XHPIA位。XHPIA=1時，表示對DSP的7位擴展地址進行操作；XHPIA=0時，表示對DSP的低16位地址進行操作。由于DSP復位后，XHIPA的狀態是不確定的，所以必須首先對HXPIA進行設置。
④主機和DSP可以互相中斷。主機通過向HPIC中的位DSPINT寫入1來中斷DSP。該痊總是被讀出為0，而且DSP對該位的寫操作是無用的。而DSP要中斷主機時，向HPIC中的位HINT寫入1，這時HPI的接口引腳HINT被置低，從而使主機產生中斷。該位總是讀出為1，主機可以對該位寫1來清除中斷，這時HINT引腳就恢復高電平。
下面給出一段程序實例：單片機將DSP內部RAM1000H單元的內容讀出。硬件按照圖1所示連接。
；設置HPIC，XHPIA=1
SETB P1.1
MOV DPTR,#0000H
MOV A,#18H
MOVX @DPTR,A(范文先生網www.baimashangsha.com收集整理)
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 ;置擴展地址為0
；設置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
當然DSP與單片機之間還有許多其它的連接方式，例如利用雙口RAM，或者是通過串口，但是它們都占用DSP的處理時間，在要求苛刻的場合可能會影響到系統的實時性。而HPI接口是通過DSP片內的DMA控制器來訪問片內存儲器的，不需要DSP的干預。可以說，HPI接口是DSP的一個“后門”，單片機通過這個“后門”可以訪問到DSP的片內存儲器。只有當HPI接口和DSP同時對同一地址進行訪問時，由于HPI具有訪問優先權，這時DSP的執行會被延遲一個周期，而這種情況對系統實時性的影響是非常小的。
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