基于AVR和TMS320VC5402的HPI接口通信設(shè)計
1.前 言
TMS320VC5402（簡稱VC5402）是TI公司的DSP處理器，具有高級的數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)和豐富的片內(nèi)資源。但是VC5402 DSP內(nèi)部不具有可編程的非易失片內(nèi)存儲器，所以為了保存程序代碼和參數(shù)表，一般情況下要外擴(kuò)一片存儲器。VC5402可用的通用輸入輸出口（I/O port）少，軟件上對I/O口的控制不靈活，沒有對I/O口按位控制的指令，且具有流水線延遲。多不具有通用的通信接口如UART接口，CAN總線接口等，對控制的支持功能較少。AVR（Advanced RISC Architecture）單片機(jī)是ATMEL公司的flash型單片機(jī)，廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理和控制領(lǐng)域，具有豐富的片內(nèi)資源和靈活的接口形式。片內(nèi)往往集成了幾十kB乃至幾百kB的flash存儲器，每個端口幾乎都可以通過軟件設(shè)置為通用的I/O口和具有特殊功能的端口。將AVR單片機(jī)和VC5402處理器相結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)將是一個很好的設(shè)計方案。本文詳細(xì)描述了AVR型單片機(jī)ATMEL64L和VC5402的HPI接口的硬件設(shè)計原理和軟件設(shè)計構(gòu)架，同時詳細(xì)闡述了VC5402 HPI形式的bootloader方法及AVR實(shí)現(xiàn)方法。
2. 硬件設(shè)計原理
2.1. VC5402的HPI接口
VC5402的HPI接口是一個增強(qiáng)版的8位并行的HPI接口簡稱為HPI-8[1]。在 HPI-8接口中VC5402是從機(jī)。主機(jī)可以訪問VC5402中位于0x60～0x3FFF存儲器空間的片內(nèi)存儲器，這一區(qū)域是VC5402用戶可用的所有的片內(nèi)存儲器資源。主機(jī)通過兩個寄存器：地址寄存器（HPIA）和數(shù)據(jù)寄存器（HPID）訪問VC5402內(nèi)部的存儲器。還有一個控制寄存器（HPIC）包含有控制和狀態(tài)信息。HCNTL[0..1]是HPIA、HPID和HPIC的選址信號。同時，VC5402對 HCNTL[0..1]＝“01”設(shè)置了特殊的訪問模式以加快主機(jī)訪問片內(nèi)存儲器的速度。此時主機(jī)讀寫HPID的內(nèi)容不用每次設(shè)置HPIA，當(dāng)主機(jī)讀 HPID時VC5402將當(dāng)前HPIA所指出的片內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)傳送到HPID寄存器，同時HPIA的內(nèi)容減1，當(dāng)主機(jī)寫HPID時DSP先將當(dāng)前 HPIA的內(nèi)容加1，然后由此時HPIA所指出的片內(nèi)存儲器的數(shù)據(jù)傳送到HPID寄存器。由此可見此種方式比較適合于主機(jī)訪問DSP內(nèi)部的連續(xù)存儲器空間。由于DSP內(nèi)部是按著16位的數(shù)據(jù)進(jìn)行組織，所以主機(jī)通過8位的HPI口進(jìn)行讀寫操作都必須由兩次操作組成，在兩次操作中由HBIL信號標(biāo)明高低位字節(jié)。
2.2. ATMEL64L簡介
AVR單片機(jī)是ATMEL公司的8位高性能的低功耗微控制器。具有高級的精簡指令集結(jié)構(gòu)，絕大多數(shù)指令都是單周期指令，執(zhí)行速度快。ATMEL64L是 Atmega103的升級版，具有64k字節(jié)在線可編程的flash存儲器，可用于存儲程序和固定的數(shù)據(jù)。具有2k字節(jié)的EEPROM，位于數(shù)據(jù)區(qū)，可用于保存參數(shù)表。具有4k字節(jié)的SRAM，為動態(tài)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的存儲建立了可能。豐富的指令集、大容量而多樣的存儲器結(jié)構(gòu)增加了ATMEL64L程序設(shè)計的靈活性。另外ATMEL64L還具有豐富的片內(nèi)外設(shè)，諸如：USART、SPI、定時器/計數(shù)器、PWM通道、在片的模擬比較器等，提供了豐富的通信及控制資源。
2.3. 硬件設(shè)計實(shí)現(xiàn)
ATMEL64L和TMS320VC5402的HPI-8接口的硬件設(shè)計關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)HPI-8接口的邏輯時序。我們研究ATMEL64L外部數(shù)據(jù)空間的讀寫時序[2]和HPI-8接口時序[1]發(fā)現(xiàn)：AVR的ALE信號在下降沿鎖存低8位地址信號（DA7:0），而HAS信號也是在下降沿鎖存HCNTL[0..1]、HBIL和HRW信號。在 AVR的WR信號的上升沿數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)DA7:0已處于有效狀態(tài)，在RD信號的上升沿來臨時數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)DA7:0必須處于有效狀態(tài)，同時HPI- 8的兩個數(shù)據(jù)存儲信號HDS1和HDS2均是在上升沿將相應(yīng)的寄存器內(nèi)容設(shè)置到HD[7..0]上或是將HD[7..0]的數(shù)據(jù)鎖存到相應(yīng)的寄存器。由此可見HPI-8的重要控制線均可以和AVR相應(yīng)的控制線直接相連而不需要其他邏輯電路。設(shè)計的電路原理圖見圖1。
圖1 電路原理圖
當(dāng)DSP退出復(fù)位狀態(tài)后，30個有效時鐘周期內(nèi)觸發(fā)了一個有效的DSP中斷2，則DSP將僅進(jìn)入HPI的 bootloader加載方式。原理圖中將HINT引腳和DSP INT2引腳直接相連就是為了DSP復(fù)位后實(shí)時的觸發(fā)DSP INT2中斷。VC5402通過ATMEL64L的INT2中斷申請加載DSP程序
3.HPI bootloader方式的實(shí)現(xiàn)
3.1. DSP bootloader方式簡介
DSP的bootloader模式就是將DSP的程序代碼和參數(shù)表由存儲位置移動到運(yùn)行位置。之所以采用這一方式主要出于以下幾方面的考慮：
1．DSP系統(tǒng)的運(yùn)行速度很快，如果程序代碼存儲在訪問速度較慢的非易失存儲器，將嚴(yán)重影響數(shù)據(jù)處理的速度。為提高效率有必要將程序代碼移動到快速的存儲空間[3]。
2．將程序代碼存儲位置和運(yùn)行位置分開將有利于軟件的在線升級。
VC5402的片內(nèi)ROM存儲器0xF800～0xFBFF中有TI公司固化的bootloader程序[3][4]。當(dāng)VC5402處于微計算機(jī)模式時，其復(fù)位后首先執(zhí)行bootloader程序。Bootloader程序依次掃描各種加載方式，當(dāng)某一種方式滿足時，程序停止掃描，開始以此種方式加載DSP程序。這里我只介紹HPI方式的bootloader,其他方式的bootloader加載方法請參考[5-7]。當(dāng)DSP查詢到有INT2中斷發(fā)生時就進(jìn)入HPI方式的bootloader，清零0x007F存儲器單元，設(shè)置HINT信號向主機(jī)發(fā)送中斷請求。查詢 0x007F單元的內(nèi)容是否為零，當(dāng)不為零時表明DSP程序加載完畢。將0x007F單元的內(nèi)容作為程序的入口地址開始執(zhí)行加載的DSP程序。
3.2.HPI bootloader方式的軟件實(shí)現(xiàn)框架
通過CCS將DSP源程序編譯連接成COFF文件格式得到.out文件。然后，由.out文件獲得DSP代碼的二進(jìn)制文件。在AVR的C語言編輯環(huán)境ICCAVR V6.30C中采用下述方法將DSP的代碼數(shù)據(jù)配置到AVR flash空間。要注意const關(guān)鍵字使用。
/* dsp vector section data. start address = 0x1000, length = 0x78 */
const unsigned int vector[120]={0xF073,0x3000,…,0xF495};
當(dāng)DSP進(jìn)入HPI Bootloader方式時，AVR的外部中斷2產(chǎn)生。AVR響應(yīng)外部中斷2傳輸完相應(yīng)的數(shù)據(jù)段到DSP對應(yīng)的片內(nèi)存儲器后要撤銷DSP的中斷申請。軟件框架如下：
#pragma interrupt_handler int2_isr:4
void int2_isr(void)
{
unsigned int number;
HPIAL = 0x0f;
HPIAH = 0xff;
for(number=0;number<120;number++) /* 傳送vector數(shù)據(jù)段 */
{
AUTOWL = vector[number]>>8;
AUTOWH = vector[number];
}
…… /* 傳送其他數(shù)據(jù)段 */
HPIAL = 0x00; /* 設(shè)置DSP程序入口地址 */
HPIAH = 0x7f;
WRITEL = 0x30;
WRITEH = 0x00;
while(((PIND & 0x04)==0x00)) /* 撤銷DSP的中斷申請 */
{
HPICL = 0x0;
HPICH = 0x8;
}
}
4. 通信軟件設(shè)計框架
4.1. 主控器AVR命令的發(fā)布
AVR是主控器，DSP是從機(jī)。AVR和DSP之間通過DSP內(nèi)部存儲器的命令緩沖區(qū)和響應(yīng)標(biāo)識緩沖區(qū)交換信息。AVR觸發(fā)DSP的HPI中斷通知DSP 有新的命令，DSP通過向響應(yīng)標(biāo)識緩沖區(qū)寫入不同的內(nèi)容向AVR表明DSP所處的狀態(tài)。AVR通過查詢的方式確定DSP的處理狀態(tài)。
AVR發(fā)布命令的程序框架：
HPIAL = 0x00;
HPIAH = 0x60;
WRITEL = orderhighbyte;
WRITEH = orderlowbyte; /* 向命令緩沖區(qū)0x60寫入命令*/
HPIAL = 0x00;
HPIAH = 0x61;
WRITEL = orderhighparameter;
WRITEH = orderlowparameter; /*向命令緩沖區(qū)0x61寫入命令參數(shù)*/
HPICL = 0x0; /*觸發(fā)DSP中斷*/
HPICH = 0x4;
dsphpidata = 0x00;
HPIAL = 0x00;
HPIAH = 0x62;
while((dsphpidata != 0xaa)) /*判斷響應(yīng)標(biāo)識區(qū)0x62內(nèi)容是否為0xaaaa*/
{
dsphpidata = READL;
dsphpidata = READH;
}
……
4.2.DSP對主控器命令的執(zhí)行
AVR發(fā)給DSP的命令由DSP在HPI中斷中處理。DSP需要設(shè)置命令和響應(yīng)緩沖區(qū)、處理響應(yīng)的命令和設(shè)置響應(yīng)標(biāo)志等工作。軟件設(shè)計框架如下：
interrupt void HPINT_isr(void);
#pragma DATA_SECTION(orderbuffer,"order_sec") /* 設(shè)置命令和響應(yīng)緩沖區(qū) */
volatile unsigned int orderbuffer[8];
……
interrupt void HPINT_isr(void)
{
switch(order[0])
{
case order1： /* 處理命令1 */
……
orderbuffer[2] = 0xaaaa; /* 處理完命令1，設(shè)置響應(yīng)標(biāo)志 */
break；
……
}
}
5. 結(jié)論
1） 本文詳細(xì)分析了AVR和TMS320VC5402 HPI接口通信軟硬件設(shè)計，給出了硬件設(shè)計原理圖和軟件設(shè)計框架。實(shí)際測試表明該系統(tǒng)設(shè)計方案運(yùn)行可靠。
2） 利用AVR控制功能強(qiáng)、集成flash存
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