DSP原理及應(yīng)用-TMS320DM6437 課件 第八章：TMS320DM6437主機(jī)接口與多通道緩沖串口

DSP原理及應(yīng)用第八章TMS320DM6437主機(jī)接口與多通道緩沖接口第八章TMS320DM6437主機(jī)接口與多通道緩沖串口8.1主機(jī)接口（HPI）8.2多通道緩沖串口（McBSP）8.1主機(jī)接口（HPI）1.HPI概述通用主機(jī)接口(HPI)是一個(gè)與主機(jī)通信的高速并行接口，外部主機(jī)掌管該接口的主要控制權(quán)。在TMS320C64xx系列DSP中，主機(jī)接口HPI是一個(gè)

16/32位寬度的并行端口。通過它可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)外部主控制器同TMS320C643x系列DSP器件之間的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)直接訪問DSP的存儲(chǔ)空間。HPI與主機(jī)的連接是通過DMA/EDMA控制器來實(shí)現(xiàn)的，即主機(jī)不能直接訪問CPU上的存儲(chǔ)空間，需要借助HPI，使用DMA/EDMA的附加通道，才能完成對(duì)DSP存儲(chǔ)空間的訪問。主機(jī)和CPU都可以訪問HPI控制寄存器(HPIC)，主機(jī)一方還可以訪問HPI地址寄存器(HPIA)以及HPI數(shù)據(jù)寄存器(HPID)。對(duì)于TMS320C64×系列，CPU還可以訪問HPIA寄存器。8.1主機(jī)接口（HPI）HPI主機(jī)由以下五個(gè)部分組成：①HPI存儲(chǔ)器（DARAM）：HPIRAM主要用于DSP與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，也可以用作通用的雙尋址數(shù)據(jù)RAM或程序RAM。②HPI地址寄存器（HPIA）：它只能由主機(jī)對(duì)其直接訪問，該寄存器中存放著當(dāng)前尋址的HPI存儲(chǔ)單元的地址。③HPI數(shù)據(jù)鎖存器（HPID）：它只能由主機(jī)對(duì)其直接訪問。④HPI控制寄存器（HPIC）：DSP和主機(jī)都能對(duì)其直接訪問。⑤HPI控制邏輯：用于處理HPI與主機(jī)之間的接口信號(hào)。8.1主機(jī)接口（HPI）接口特征C62x/C67xC64xC620x/C670xC621x/C671xC64xHPI16C64xHPI32數(shù)據(jù)總線長度16bit16bit16bit32bit字節(jié)使能管腳/HBE[0:1]有無無無半字指示HHWIL信號(hào)使用使用使用不使用訪問半字?jǐn)?shù)據(jù)支持不支持不支持不支持訪問HPIA只能主機(jī)訪問只能主機(jī)訪問主機(jī)或CPUHPIA包括HPIAR和HPIAW主機(jī)或CPUHPIA包括HPIAR和HPIAW/HRDY操作每次訪問一個(gè)字后無效內(nèi)部讀/寫緩存notready時(shí)無效與C621x/C671x相同與C621x/C671x相同內(nèi)部讀緩存無有，8級(jí)深度有，16級(jí)深度有，16級(jí)深度內(nèi)部寫緩存無有，8級(jí)深度有，32級(jí)深度，內(nèi)部定時(shí)器超時(shí)后清空有，32級(jí)深度，內(nèi)部定時(shí)器超時(shí)后清空表8-1

不同芯片的HPI接口對(duì)比2.HPI的結(jié)構(gòu)與功能圖8-1

TMS320C64x外部引腳接口8.1主機(jī)接口（HPI）信號(hào)類型管腳數(shù)主機(jī)對(duì)應(yīng)信號(hào)主機(jī)對(duì)應(yīng)信號(hào)HD[15：0]或HD[31：0]I/O/Z16或32數(shù)據(jù)總線

HCNTL[1：0]12地址或控制線HPI訪問類型控制HHWIL11地址或控制線確認(rèn)半字（16bit）輸入/HAS11地址鎖存使能（ALE），地址選通，或者不用對(duì)復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的主機(jī)，區(qū)分地址和數(shù)據(jù)/HBE[1：0]12字節(jié)使能寫數(shù)據(jù)字節(jié)使能HR/#W11讀/寫選通讀/寫選通/HCS11地址或控制總線輸入數(shù)據(jù)選通/HDS[1：2]11讀選通，寫選通，數(shù)據(jù)選通輸入數(shù)據(jù)選通/HRDY01異步ready信號(hào)當(dāng)前訪問HPI狀態(tài)準(zhǔn)備好/HINT01主機(jī)中斷輸入向主機(jī)發(fā)出的中斷信號(hào)表8-2

HPI接口信號(hào)描述注：C64x僅在HPI16模式下有HHWIL信號(hào)HPI引腳8.1主機(jī)接口（HPI）圖8-1

TMS320C64x外部引腳接口HPI引腳由以下幾個(gè)部分組成：(1)HD[15:0]或HD[31:0]：在復(fù)用模式下，數(shù)據(jù)線的寬度一般為CPU位寬的一半，一個(gè)HPI訪問分為高低半字的兩次訪問。8.1主機(jī)接口（HPI）（2）HCS：HPI片選信號(hào)。作為HPI的使能輸入端，在每次尋址期間必須為低電平，而在兩次尋址之間也可以停留在低電平。（3）HAS：地址選通信號(hào)，此信號(hào)用于主機(jī)的數(shù)據(jù)線和地址線復(fù)用的情況。而不用時(shí)此信號(hào)應(yīng)接高。（4）HBIL：字節(jié)識(shí)別信號(hào)，用于識(shí)別主機(jī)傳送過來的第一個(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)。（5）HCNTL0、HCNTL1：主機(jī)控制信號(hào)，用來選擇主機(jī)所要尋址的寄存器。（6）HDS1、HDS2：數(shù)據(jù)選通信號(hào)，在主機(jī)尋址HPI周期內(nèi)控制數(shù)據(jù)的傳送。（7）HINT：HPI中斷輸出信號(hào)，受HPIC中的HINT位控制。8.1主機(jī)接口（HPI）通過HPI，主機(jī)與DSP之間可以互發(fā)中斷。①HINT是HPI送給主機(jī)的中斷信號(hào)，DSP對(duì)HPIC位寫1，HINT信號(hào)線上送出高電平信號(hào)，主機(jī)可利用此信號(hào)作為中斷輸入。②DSP不能清除HPIC狀態(tài)，主機(jī)在響應(yīng)中斷后，需要對(duì)HPIC位寫1清除狀態(tài)，DSP才能再次對(duì)HPIC置位發(fā)中斷。③主機(jī)通過寫HPIC置1給DSP產(chǎn)生中斷，DSP在響應(yīng)中斷后，需要對(duì)HPIC寫1清除狀態(tài)，主機(jī)才能繼續(xù)操作給DSP發(fā)中斷。④通過HPI傳輸數(shù)據(jù)，結(jié)合互發(fā)中斷作為軟件層的握手信號(hào)，可有效提高通訊的效率與靈活性。8.1主機(jī)接口（HPI）（8）HRDY：HPI準(zhǔn)備好端。高電平表示HPI已準(zhǔn)備好執(zhí)行一次數(shù)據(jù)傳送；低電平表示HPI正忙于完成當(dāng)前事務(wù)，用于連續(xù)高速主機(jī)。（9）HR/W：HPI讀寫信號(hào)。高電平表示主機(jī)要讀HPI，低電平表示寫HPI。（10）HPIENA：HPI允許信號(hào)，若系統(tǒng)選中HPI則將它連到高電平，否則懸空或接低電平。（11）ALE：存在于地址數(shù)據(jù)線復(fù)用的主機(jī)上用來指示地址信號(hào)周期，這種總線復(fù)用的主機(jī)很少見，所以通常將ALE固定上拉處理，只用HSTROBE（HDS1、HDS2、HCS）采樣控制信號(hào)。8.1主機(jī)接口（HPI）主機(jī)訪問HPI的一個(gè)字包括兩個(gè)步驟：首先訪問第一個(gè)字節(jié)，此時(shí)HBIL為0；然后訪問第二個(gè)字節(jié)，此時(shí)HBIL為1；這兩步組成一個(gè)訪問單元。這個(gè)訪問單元不可被拆開或顛倒，不管當(dāng)前訪問的是HPIA、HPIC還是HPID。8.1主機(jī)接口（HPI）3.HPI的讀/寫時(shí)序

8.1主機(jī)接口（HPI）圖8-2HPI讀時(shí)序（固定接高電平）

圖8-3HPI讀時(shí)序（接口應(yīng)用了信號(hào)）

圖8-4HPI寫時(shí)序（固定接高電平）

圖8-5HPI寫時(shí)序（接口應(yīng)用了信號(hào)）

圖8-6

HPI接口總線訪問時(shí)序圖主機(jī)CPU訪問DSPHPI接口的順序：（1）初始化HPI控制寄存器（HPIC）。（2）初始化HPI地址寄存器（HPIA）。（3）從HPI數(shù)據(jù)寄存器（HPID）中寫數(shù)據(jù)或者讀數(shù)據(jù)。4.HPI的操作TMS320DM6437的引導(dǎo)模式中，有一種方式是允許復(fù)位后由主機(jī)通過HP1對(duì)DSP進(jìn)行初始化的，稱為HPIboot模式。加載順序如下：（1）只有DSP內(nèi)核進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，其余所有的模塊保持激活狀態(tài)（2）主機(jī)通過HPI接口訪問TMS320C6000的整個(gè)存儲(chǔ)空間(包括片內(nèi)的外設(shè)寄存器)，對(duì)它們進(jìn)行初始化；（3）完成有關(guān)設(shè)置之后，主機(jī)向HPIC寄存器的DSPINT位寫1，將DSP從復(fù)位狀態(tài)喚醒；（4）DSPCPU接管DSP的控制權(quán)，從地址0開始執(zhí)行程序。8.1主機(jī)接口（HPI）TMS320DM6437提供了三個(gè)32位寄存器HPIC、HPIA、HPID和32位數(shù)據(jù)線與主處理器通信。主處理器通過HPIC、HPIA、HPID和數(shù)據(jù)線來與TMS320DM6437進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、數(shù)據(jù)交換的過程如下：首先初始化HPIC。然后把地址寫到HPIA。最后通過HPID讀或?qū)憯?shù)據(jù)。8.1主機(jī)接口（HPI）圖8-7

HPI接口硬件設(shè)計(jì)原理圖這里主機(jī)CPU采用Samsung的ARM9S3C2410，那么主機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間的連接如下圖8-7所示：目標(biāo)DSP的nHCS連接到主機(jī)S3C2410的nGCS5上，同時(shí)目標(biāo)DSP的HPI寄存器映射到主機(jī)內(nèi)存中。8.1主機(jī)接口（HPI）表8-3

HPI寄存器在MCUCS5空間的地址映射表HPI寄存器讀HPI地址寫HPI地址HPIC0x2800_00100x2800_0000HPIA0x2800_00140x2800_0004HPID(自增)0x2800_00180x2800_0008HPID0x2800_001c0x2800_000c8.1主機(jī)接口（HPI）5.HPI寄存器HPI寄存器是主要用于DSP與主機(jī)之間傳送數(shù)據(jù)，也可以用作通用的雙尋址數(shù)據(jù)RAM或程序RAM。該寄存器通過3個(gè)寄存器完成主機(jī)與CPU之間的通信，這3個(gè)寄存器分別是：HPI數(shù)據(jù)寄存器、HPI地址寄存器和HPI控制寄存器。

8.1主機(jī)接口（HPI）（1）HPI數(shù)據(jù)寄存器（HPID）

寄存器用于存放主機(jī)從存儲(chǔ)空間讀取的數(shù)據(jù)，或是主機(jī)要向DSP存儲(chǔ)空間寫入的數(shù)據(jù)。如果當(dāng)前進(jìn)行讀操作，則HPID中存放的是要從HPI存儲(chǔ)器中讀出的數(shù)據(jù)；如果當(dāng)前進(jìn)行寫操作，則HPID中存放的是將要寫到HPI存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)。（2）HPI地址寄存器（HPIA）

HPIA寄存器用于存放當(dāng)前主機(jī)尋址訪問DSP存儲(chǔ)空間的地址，這是一個(gè)30位的值，也就是說該地址是一個(gè)word地址，它的最低2位固定為O。

8.1主機(jī)接口（HPI）（3）HPI控制寄存器（HPIC）HPIC寄存器字長為32位，但高16位和低16位對(duì)應(yīng)于同一個(gè)物理存儲(chǔ)區(qū)，因此高16位和低16位的內(nèi)容一致。寫HPIC時(shí)，也必須保證寫入數(shù)據(jù)的高16位和低16位的內(nèi)容一致。

HPIC對(duì)HPI的工作模式進(jìn)行控制，HPIC必須在進(jìn)行HPI訪問前由主機(jī)初始化。當(dāng)主機(jī)要隨機(jī)訪問HPIRAM時(shí)，必須先發(fā)送一個(gè)地址到HPIA（HPI地址寄存器），然后訪問該地址所指向的RAM單元。8.1主機(jī)接口（HPI）HPIC中每一位都有特定的功能1.HWOB（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。2.DSPINT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。3.HINTDSP-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。8.1主機(jī)接口（HPI）8.HPI的中斷申請(qǐng)HPI的中斷申請(qǐng)是由/HINT引腳向主機(jī)的/INTERRUPT引腳發(fā)出中斷信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。HPI有兩種工作方式：（1）共用尋址方式（SAM）（2）僅主機(jī)尋址方式（HOM）

8.1主機(jī)接口（HPI）7.HPI應(yīng)用實(shí)例

在TMS320C64xx系列DSP中，主機(jī)接口HPI是一個(gè)16/32位寬度的并行端口。主機(jī)通過HPI接口可以直接訪問DSP的存儲(chǔ)器空間和DSP片內(nèi)存儲(chǔ)映射的外圍設(shè)備。HPI與DSP存儲(chǔ)空間之間的互聯(lián)是通過DMA控制器實(shí)現(xiàn)的。TMS320DM6437DSP提供了三種引導(dǎo)方式:1)沒有自舉過程2)ROM自舉3)HPI自舉8.1主機(jī)接口（HPI）在復(fù)位信號(hào)reset信號(hào)的上升沿檢查設(shè)置管腳BOOTMODE狀態(tài)，自舉邏輯開始生效。TMS320C64xxEMIFB地址總線上的BEA[19:18]管腳電平?jīng)Q定了引導(dǎo)配置。BOOTMODE引導(dǎo)方式00無01主機(jī)引導(dǎo)（通過HPI或PCI）10EMIFB8位寬ROM，默認(rèn)時(shí)序11保留表8-4TMS320DM6437HPIboot配置8.1主機(jī)接口（HPI）8.2多通道緩沖串口（McBSP）1.McBSP概述TMS320C64x的多通道緩沖串行接口（McBSP)是一種功能很強(qiáng)的同步串行接口，具有很強(qiáng)的可編程能力，可以直接配置成多種同步串口標(biāo)準(zhǔn)，直接與各種器件無縫接口。①T1/E1標(biāo)準(zhǔn)：通信器件②MVIP和ST-BUS標(biāo)準(zhǔn)：通信器件③IOM-2標(biāo)準(zhǔn)：ISDN器件④AC97標(biāo)準(zhǔn)：PCAudioCodec器件⑤IIS標(biāo)準(zhǔn)：Codec器件⑥SPI：串行A/D、D/A，串行存儲(chǔ)器等器件全雙工串行通信允許連續(xù)的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)碾p緩沖數(shù)據(jù)寄存器，擁有兩級(jí)緩沖發(fā)送和三級(jí)緩沖接收能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編/解碼器、模擬接口芯片(AICs)以及其他串行A/D、D/A器件轉(zhuǎn)換設(shè)備接口直接連接McBSP多通道緩沖串行接口具有如下的功能：數(shù)據(jù)傳輸可利用外部移位時(shí)鐘或者內(nèi)部可編程頻率移位時(shí)鐘完成。8.2多通道緩沖串口（McBSP）McBSP具有以下的特點(diǎn)：（1）支持以下方式的直接接口連接（2）每個(gè)串行接口可與多達(dá)128個(gè)通道進(jìn)行多通道接收和發(fā)送。（3）支持傳輸?shù)臄?shù)據(jù)串行字長度可以是8、16、32位等多種。（4）支持內(nèi)置的u-律和A-律數(shù)據(jù)壓縮擴(kuò)展。（5）對(duì)于8位數(shù)據(jù)的傳輸，可以選擇LSB先傳或MSB先傳。（6）可以編程設(shè)置幀同步信號(hào)和數(shù)據(jù)時(shí)鐘信號(hào)的極性。（7）高度可編程的內(nèi)部傳輸時(shí)鐘和幀同步信號(hào)脈沖具有相當(dāng)大的靈活性。8.2多通道緩沖串口（McBSP）McBSP主要包括以下機(jī)組功能引腳：(1)位-時(shí)鐘：CLKX,CLKR(2)幀同步信號(hào)：FSX,FSR(3)串行數(shù)據(jù)流：DR,DX8.2多通道緩沖串口（McBSP）McBSP為同步串行通信接口，其協(xié)議包含：(1)串行數(shù)據(jù)起始時(shí)刻：稱為幀同步事件(2)串行數(shù)據(jù)流長度：串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流達(dá)到設(shè)定的長度后，便結(jié)束本次傳輸，并等待下一個(gè)幀同步信號(hào)的到來，進(jìn)行另一次傳輸。(3)串行數(shù)據(jù)傳輸速度：由位時(shí)鐘決定。(4)FSR、CLKR和DR三者之間的關(guān)系，即它們?nèi)绾稳〉脦绞录⒑螘r(shí)采樣串行數(shù)據(jù)位流、或何時(shí)輸出串行數(shù)據(jù)位流是可以控制的。通過配置McBSP的寄存器就可以實(shí)現(xiàn)。8.2多通道緩沖串口（McBSP）2.McBSP結(jié)構(gòu)與對(duì)外接口每一個(gè)McBSP接口包括23個(gè)映射到DSP數(shù)據(jù)空間的寄存器。McBSP接口工作的控制由向這些寄存器寫入合適的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)；McBSP接口的工作狀態(tài)由從這些寄存器讀出的數(shù)據(jù)來獲得。圖8-8

McBSP結(jié)構(gòu)框圖8.2多通道緩沖串口（McBSP）McBSP接口工作控制的主要內(nèi)容包括以下方面：（1）內(nèi)部時(shí)鐘的產(chǎn)生（2）幀同步信號(hào)的產(chǎn)生（3）每幀中包含數(shù)據(jù)路數(shù)的選擇（4）每路中包含的數(shù)據(jù)位數(shù)的選擇（5）中斷和事件觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生8.2多通道緩沖串口（McBSP）管腳I/O/Z說明CLKRI/O/Z接收時(shí)鐘CLKXI/O/Z發(fā)送時(shí)鐘CLKSI外時(shí)鐘DRI串行數(shù)據(jù)接收DXO/Z串行數(shù)據(jù)發(fā)送FSRI/O/Z接收幀同步FSXI/O/Z發(fā)送幀同步表8-5

McBSP接口信號(hào)8.2多通道緩沖串口（McBSP）3.McBSP寄存器McBSP寄存器通過使用串口控制寄存器(SPCR)和引腳控制寄存器（PCR）來配置串口，采用子地址尋址方式。

McBSP通過復(fù)接器將一組子地址寄存器復(fù)接到存儲(chǔ)器映射的一個(gè)位置上。復(fù)接器由子塊地址寄存器（SPSAx）控制。

子塊數(shù)據(jù)寄存器（SPSAx）用于指定子地址寄存器中數(shù)據(jù)的讀/寫。這種方法的好處是可以將多個(gè)寄存器映射到一個(gè)較小的存儲(chǔ)器空間。

8.2多通道緩沖串口（McBSP）4.McBSP的操作8.2多通道緩沖串口（McBSP）圖8-8

McBSP結(jié)構(gòu)框圖McBSP包括一個(gè)數(shù)據(jù)通道和一個(gè)控制通道。（1）數(shù)據(jù)通道通過7個(gè)引腳與外部設(shè)備連接，數(shù)據(jù)發(fā)送引腳DX負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送，數(shù)據(jù)接收引腳DR負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的接收，發(fā)送時(shí)鐘引腳CLKX，接收時(shí)鐘引腳CLKR，發(fā)送幀同步引腳FSX和接收幀同步引腳FSR提供串行時(shí)鐘和控制信號(hào)。McBSP的接收操作采取的是3級(jí)緩存方式，發(fā)送操作采取的是2級(jí)緩存方式。8.2多通道緩沖串口（McBSP）（2）控制通道發(fā)送數(shù)據(jù)首先由CPU或DMA控制器寫入發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器DXR。如果XSR寄存器為空，則在FSX和CLKX作用下DXR中的值被復(fù)制到XSR準(zhǔn)備移位輸出；否則，DXR會(huì)等待XSR中舊數(shù)據(jù)的最后1位被移位輸出到DX管腳后，才將數(shù)據(jù)復(fù)制到XSR中。CLKX、CLKR、FSX、FSR既可以由內(nèi)部采樣率發(fā)生器產(chǎn)生，也可以由外部設(shè)備驅(qū)動(dòng)。McBSP的多通道功能主要用于進(jìn)行時(shí)分復(fù)用（TDM）數(shù)據(jù)流的通信。

8.2多通道緩沖串口（McBSP）5.McBSP的應(yīng)用多通道緩沖串口McBSP的功能是提供器件內(nèi)外數(shù)據(jù)的串行交換，具有很大的靈活性。根據(jù)McBSP在通信中所處的地位和功能，可以有以下幾種工作模式：多通道緩沖模式SPI模式ABIS模式數(shù)字回環(huán)模式GPI0模式省電模式8.2多通道緩沖串口（McBSP）SPI協(xié)議是一種主從配置的，支持一個(gè)主設(shè)備，一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備的串行通信協(xié)議。接口由4個(gè)信號(hào)組成:串行數(shù)據(jù)輸入MISO、串行數(shù)據(jù)輸出MOSI、移位時(shí)鐘SCK和從方使能SS。圖8-9SPI接口示意圖8.2多通道緩沖串口（McBSP）位域寄存器功能描述CLKSTP=10/11bSPCR1選擇時(shí)鐘停止模式（有或無時(shí)鐘延時(shí)）CLKXP=0/1PCR選擇CLKX的極性為正/負(fù)CLKRP=0/