ARM CPU S3C44B0X與C54X 

ARM CPU S3C44B0X與C54X DSP的接口設計

摘要：以SAMSUNG公司的ARMSOC芯片S3C44B0X和TI公司的TMS320C5416DSP為例，講述了ARM與DSP的數據接口技術，并結出了硬件連接圖和軟件代碼。
　　關鍵詞：ARMS3C44B0X主機接口（HPI）TMS320C5416
　　
　　后PC時代，嵌入式產品逐漸占領市場。而這些嵌入式產品的核心——處理器決定了產品的市場和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式處理器的主要特點。在32位嵌入式處理器市場中，ARM占有78.6%的份額。而TI而占有DSP市場的絕大部分份額。通常的嵌入式系統設計中，由微控制器實現整個系統的控制，由DSP來執行計算密集型操作，然后通過一定的手段實現微控制器與DSP之間的通信和數據交換。因此，如何高效地設計控制器（ARM）與DSP之間的接口以滿足嵌入式系統的實時性要求，在嵌入式系統設計中顯得尤為重要。
　　
　　1ARMCPUS3C44B0X的特點
　　
　　ARM是一款32位的精簡指令集（RISC）處理器架構，以其高性能、低功耗、低成本占有市場。由于ARM公司采用IP授權的方式經營，全球幾乎所有的大半導體公司都有基于ARM的SOC芯片。
　　
　　S3C44B0X是SAMSUNG（三星）公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM處理器的所有優點：低功耗、高性能；同時又具有非常豐富的片上資源，非常適合嵌入式產品的開發。其特點如下：
　　
　　·采用ARM7TDMI內核，I/O電壓3.3V，內核電壓2.5V；
　　
　　·內置鎖相環（PLL），系統主頻最高達66MHz；
　　
　　·4種工作模式，可以實現電源管理以降低系統功耗；
　　
　　·8KB的系統高速緩存（CACHE），極大地提高了系統運行速度；
　　
　　·支持8個MEMORYBANK，最大外部存儲空間達256MB，并支持SDRAM；
　　
　　·內置彩色LCD控制器；
　　
　　·2路異步串口（UART）；
　　
　　·71個通用I/O口；
　　
　　·8通路模/數轉換器（ADC）；
　　
　　·實時時鐘（RTC）和看門狗電路（WATCHDOG）。
　　
　　2C54XDSP及其HPI接口
　　
　　2.1C54XDSP的特點
　　
　　以高速、低功耗為特征的C54X系列DSP采用先進的改進型哈佛結構，具有分離的數據總線和程序總線，片內集成了ROM、RAM和多個外設，如通用I/O口、定時器、時鐘發生器、軟件可編程等待狀態發生器、可編程塊切換邏輯、串行口、直接存儲器存取控制器（DMA）和與外部處理器通信用的主機接口（HPI）。
　　
　　2.2C54X的主機接口（HPI）
　　
　　C54X中的主機接口（HPI）主要有三種：標準8位HPI8接口、增強型8位HPI8接口和16位HPI16接口。其中C542～C549內含標準型HPI8；C5402、C5410內含增強型HPI8；C5410以上為HPI16；C5409、C5416的HPI可以由用戶設置為增強型HPI8或HPI16。增強型比標準型更優越之處主要在于：增強型允許主機訪問DSP內部的所有片內RAM，而標準只能訪問RAM區中指定的2K字。
　　
　　以TMS320C5416（簡稱C5416）包含的增強型HPI8接口為例，它與外部主機或微處理器的連接具有單獨的8根數據線HD0～HD7和10根控制器。主機主動通過HPI口訪問DSP的內部RAM以及其它資源。除了對主機發中斷（通過置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT線有效）或清除主機發來的中斷（通過清HPIC寄存器的DSPINT標志）需要DSP干涉外，C5416幾乎不用進行其他操作，片內的DMA通道會自動輔助完成RAM區與HPI數據寄存器的數據傳輸。主機由HCNTL0/1線來選擇HPI的某個控制寄存器，如表1所列。通過對這4個寄存器的訪問，就可以在所設安全機制的允許范圍下讀/寫DSP的所有或部分片內RAM。
　　
　　表1HCNTL0/1的選擇功能描述
　　
　　HCNTL1HCNTL0說明00主機讀/寫HPI控制寄存器--HPIC。01主機以地址自動增的模式讀/寫HPI數據鎖存器--HPID。若為讀操作，則HPI地址寄存器HPIA自動讀后增1；若為寫操作，則HPIA自動寫后增1。10主機讀/寫HPI地址寄存器--HPIA，該地址指向C54X的片內RAM。11主機讀/寫HPI數據鎖存器--HPID，HPIA不變。
　　由于DSP最小的存儲單位是字（16bit），因此對于HPI8，每個傳遞必須要有2個傳遞周期才能完成。HBIL信號用于區分傳遞的字節是當前字的第一字節還是第二字節。通過設置HPIC寄存器的BOB位，可以決定第一字節是這個字的高字節還是低字節。
　　
　　2.3時序圖
　　
　　C54XHPI8的時序如圖1所示，該時序可滿足市場上大多數微控制器的時序特片。因此，C54X可以通過HPI8很方便地與微控制器接口，S3C44B0X也不例外。
　　
　　3S3C44B0X與C54XDSP的接口設計
　　
　　3.1硬件連線
　　
　　TMS320C5416與S3C44B0X連接的接口電路如圖2所示。由圖2可見，C54X通過HPI8與主機設備相連時，除了8位HPI數據總線及控制信號線外，不需要附加其它的邏輯電路，非常方便。
　　
　　從HPI寄存器的編址方式可以看出，主機只需兩根地址線（A3、A2）便可尋址到HPI接口的所有控制寄存器、地址寄存器和數據寄存器。同時，將HPI8接口安排在S3C44B0X的BANK2（即地址范圍0X04000000～0X05FFFFFF），而且S3C44B0X具有內部譯碼器，直接產生片選信號nGCS2。由于C54XHPI8是一個8位的并行端口，而C5416的內部結構為16位，因而主機必須讀/寫兩個連續的8位字節，而且主機還應該提供HBIL信號指示當然傳輸的是第一字節還是第二字節。在S3C44B0X中，可以直接使用址線A1來完成此功能：當向A1=0的地址寫入數據時，表示為第一字節；向A1=1的地址寫入數據表示第二字節。
　　
　　另外，還有幾個關鍵的控制信號線需要連接。一個就是HR/W信號，由于S3C44B0X沒有此信號，使用地址線A4來代替。當A4=1時，代表讀操作，反之為寫操作。在HPI8的操作中，所有的地址線和控制線在HDS1/2的下降沿采樣，用S3C44B0X的讀/寫信號nOE和nWE來完成此功能。
　　
　　由于S3C44B0X和C5416HPI接口的控制邏輯不盡相同，需要使用其它的一些信號線來進行模擬，此時要嚴格遵循HPI的讀寫時序（如圖1所示）。
　　
　　3.2軟件設計
　　
　　由于主機接口（HPI）傳送8位數據字節，而HPIC寄存器（通常是S3C44B0X首先要尋址的寄存器）是一個16位寄存器，在S3C44B0X這一邊可以相同內容的高字節與低字節來管理HPIC寄存器（盡管某些位的尋址受到一定的限制），在C54X這一邊高位不用。
　　
　　當主機開始存取DSP的數據時，首先要執行以下兩步操作：
　　
　　·HPIC寄存器的BOB位置1（高字節與低字節必須相同）。BOB位為字節選擇位。BOB位置1，表示第一字節為低字節。BOB位影響數據和地址的傳送。只有主機可以修改這一位，C54X對它既不能讀也不能寫。
　　
　　·將起始地址寫入HPIA寄存器。
　　
　　此后可正常存取DSP內部RAM的數據了。
　　
　　結合硬件設計和HPI的操作步驟，便可以在S3C44B0X上編寫程序實現C5416的數據通信。
　　
　　程序主要分為兩個部分：一部分是地址及數據的定義；一部分是實現代碼。具體程序如下：
　　
　　#defineHPI_BASE0x4000000
　　
　　/*HPICreg*/
　　
　　#defineHPIC_W_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x0)//00000
　　
　　#defineHPIC_W_S*(UINR8*)(HPI_BASE+0x2)//00010
　　
　　#defineHPIC_R_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x10)//11000
　　
　　#defineHPIC_R_S*(UNIT8*)(HPI_BASE+0x12)//11010
　　
　　/*defineHPID_W_A_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x4)//00100
　　
　　#defineHPID_W_A_S*（UINT8*）（HPI_BASE+0x6）//00110
　　
　　#defineHPID_R_A_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x14)//10100
　　
　　#defineHPID_R_A_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0x16)//10110
　　
　　/*HPIAreg*/
　　
　　#defineHPIA_W_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x8)//01000
　　
　　#defineHPIA_W_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0xA)//01010
　　
　　#defineHPIA_R_F*(UINT8*)(HPI_BASE+0x18)//11000
　　
　　#defineHPIA_R_S*(UINT8*)(HPI_BASE+0x1A)//11010
　　
　　上述這些宏定義了HPI8接口寄存器的地址。對S3C44B0X來說，HPI8占用其內存的BANK2，即起始地址為0X04000000。又由于HPI8的HR/W和HBIL信號用S3C44B0X的地址線實現，因此對同一個寄存器而言，其讀寫地址不同。
　　
　　以下代碼從DSP讀出數據：
　　
　　UINT16read_dsp（UINT16addr）
　　
　　{
　　
　　INT16i;
　　
　　INT8j;
　　
　　set_hpia(addr);//設置起始地址
　　
　　i=HPID_R_A_F;//讀出第一字節
　　
　　j=HPID_R_A_S；//讀出第二字節
　　
　　return(i<<8)|(j&0xff)；
　　
　　}
　　
　　以下代碼向DSP寫入數據：
　　
　　voidwrite_dsp(UINT16addr,UINT16dat)
　　
　　{
　　
　　set_hpia(addr-1);//設置起始地址
　　
　　HPID_W_A_F=（UINT8）（（dat>>8）&0xff）;//寫入第一字節
　　
　　HPID_W_A_S=（UINT8）（dat&0xff）；//寫入第二字節
　　
　　}
　　
　　在嵌入式系統設計中，用S3C44B0X作為主控制器，用TMS320C5416進行運算，然后通過HPI接口進行通信和交換數據。事實證明，用HPI接口在ARM和DSP間通信滿足嵌入式系統的實時性要求。
　　
　　
　　
　　

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