1、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,廣泛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

2、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,而且還能運行嵌入式操作系統。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

3、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。兩者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為例來說明。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。(詳細情況請查看參考文獻1。)表1  HPI接口信號及功能  ：在數據線和地址線復用的MCU中,與ALE信號連接,在下降沿鎖存HBIL、HCNTL0/1、HR/W,因為這些信號通常與地址線連接。如果

4、MCU的數據線和地址線沒有復用,則應該接高電平。  ：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(即接高電平),也可以配合對HBIL、HCNTL0/1、HR/W進行鎖存。圖1  HPI數據傳輸時序  HCNTL0/1：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1.2  電平匹配54xxDSP的外部I/O引腳用的是3.3V的邏輯電平,而大部分51單片機用的是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后者的輸入。但是前

5、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4.5V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,可以直接用三極管和電阻來轉換。這里由于引腳較多,所以選用TI 74LVC16245A芯片來進行電平轉換。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  74LVC16245A內部結構單元圖2中G為使能端,低電平有效;DIR為方向控制端,高電平AB,低電平BA。另外要注意,74LVC 16245A的操作電壓引腳VCC應該

6、接3.3V。 整個硬件連接如圖3所示。圖3  整個系統的硬件連接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、HBIL、HR/W信號的狀態,以確定讀或寫

7、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。  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HPI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：  主機對地址寄存器(HPIA)的寫操作會初始化一次內部傳輸

8、。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。  注意設置HPIC中的XHPIA位。XHPIA1時,表示對DSP的7位擴展地址進行操作;XHPIA0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XHPIA進行設置。  主機和DSP可以互相中斷。主機

9、通過向HPIC中的位DSPINT寫入1來中斷DSP。該位總是被讀出為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RAM 1000H單元的內容讀出。硬件按照圖1所示連接。;設置HPIC, XHPIA1SETB P1.1MOV DPTR, #0000HMOV A, #18HMOVX DPTR, A MOV DPTR, #0004HMOV A, #18HMOVX DPTR, A ;完成

10、初始化MOV DPTR, #0002HMOV A, #00HMOVX DTPR, A MOV DPTR, #0006HMOV A, #00HMOVX DPTR, A ;置擴展地址為0 ;設置HPIC,XHIPA0MOV DPTR, #0000HMOV A, #08HMOVX DPTR, A MOV DPTR, #0004HMOV A, #08HMOVX DPTR, AMOV DPTR, #0002HMOV A, #10HMOVX DTPR, A ;寫地址高8位 MOV DPTR, #0006HMOV A, #00HMOVX DPTR, A ;寫地址低8位WAIT： JNB P1.0, WAIT

11、 ;判斷內部傳輸是否完成CLRB P1.1MOV DPTR, #000BHMOVX A, DPTR ;讀高8位MOV B, AMOV DPTR, #000FHMOVX 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。參考文獻1  Texas Instruments. TMS320C54x