ARM CPU S3C44B0X与C54X DSP的接口设计

摘  要: 以SAMSUNG公司的ARM SOC芯片S3C44B0X和TI公司的TMS320C5416 DSP为例，讲述了ARM芯片与DSP的数据接口技术，并给出了硬件连接图和软件代码。

关键词: ARM S3C44B0X 主机接口(HPI)  TMS320C5416

　　后PC时代，嵌入式产品逐渐占领市场。而这些嵌入式产品的核心——处理器决定了产品的设计和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式处理器的主要特点。在32位嵌入式处理器市场中，ARM占有78.6%的份额。而TI则占有DSP市场的绝大部分份额。通常的嵌入式系统设计中，由微控制器实现整个系统的控制，由DSP来执行计算密集型操作，然后通过一定的手段实现微控制器与DSP之间的通信和数据交换。因此，如何高效地设计控制器(ARM)与DSP之间的接口以满足嵌入式系统的实时性要求，在嵌入式系统设计中显得尤为重要。

　　1 ARM CPU S3C44B0X的特点

　　ARM是一款32位的精简指令集(RISC)处理器架构，以其高性能、低功耗、低成本占有市场。由于ARM公司采用IP授权的方式经营，全球几乎所有的大半导体公司都有基于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处理器的所有优点:低功耗、高性能;同时又具有非常丰富的片上资源，非常适合嵌入式产品的开发。其特点如下:

　　·采用ARM7TDMI内核，I/O电压3.3V，内核电压2.5V;

　　·内置锁相环(PLL)，系统主频最高达66MHz;

　　·4种工作模式，可以实现电源管理以降低系统功耗;

　　·8KB的系统高速缓存(CACHE)，极大地提高了系统运行速度;

　　·支持8个MEMORY BANK，最大外部存储空间达256MB，并支持SDRAM;

　　·内置彩色LCD控制器;

　　·2路异步串口(UART);

　　·71个通用I/O口;

　　·8通路模/数转换器(ADC);

　　·实时时钟(RTC)和看门狗电路(WATCHDOG)。

　　2 C54X DSP及其HPI接口

　　2.1 C54X DSP的特点

　　以高速、低功耗为特征的C54X系列DSP采用先进的改进型哈佛结构，具有分离的数据总线和程序总线，片内集成了ROM、RAM和多个外设，如通用I/O口、定时器、时钟发生器、软件可编程等待状态发生器、可编程块切换逻辑、串行口、直接存储器存取控制器(DMA)和与外部处理器通信用的主机接口(HPI)。

　　2.2 C54X的主机接口(HPI)

　　C54X中的主机接口(HPI)主要有三种:标准8位HPI8接口、增强型8位HPI8接口和16位HPI16接口。其中C542～C549内含标准型HPI8;C5402、C5410内含增强型HPI8;C5410以上为HPI16;C5409、C5416的HPI可以由用户设置为增强型HPI8或HPI16。增强型比标准型更优越之处主要在于:增强型允许主机访问DSP内部的所有片内RAM，而标准型只能访问RAM区中指定的2K字。

　　以TMS320C5416(简称C5416)包含的增强型HPI8接口为例，它与外部主机或微处理器的连接具有单独的8根数据线HD0～HD7和10根控制线。主机主动通过HPI口访问DSP的内部RAM以及其它资源。除了对主机发中断(通过置HPIC寄存器的HINT位，可以使HINT线有效)或清除主机发来的中断(通过清HPIC寄存器的DSPINT标志)需要DSP干涉外，C5416几乎不用进行其他操作，片内的DMA通道会自动辅助完成RAM区与HPI数据寄存器的数据传输。主机由HCNTL0/1线来选择HPI的某个控制寄存器，如表1所列。通过对这4个寄存器的访问，就可以在所设安全机制的允许范围下读/写DSP的所有或部分片内RAM。

　　由于DSP最小的存储单位是字(16bit)，因此对于HPI8，每个传递必须要有2个传递周期才能完成。HBIL信号用于区分传递的字节是当前字的第一字节还是第二字节。通过设置HPIC寄存器的BOB位，可以决定第一字节是这个字的高字节还是低字节。

　　2.3 时序图

　　C54X HPI8的时序如图1所示，该时序可满足市场上大多数微控制器的时序特征。因此，C54X可以通过HPI8很方便地与微控制器接口，S3C44B0X也不例外。

　　3 S3C44B0X与C54X DSP的接口设计

　　3.1 硬件连线

　　TMS320C5416与S3C44B0X连接的接口电路如图2所示。由图2可见，C54X通过HPI8与主机设备相连时，除了8位HPI数据总线及控制信号线外，不需要附加其它的逻辑电路，非常方便。

　　从HPI寄存器的编址方式可以看出，主机只需两根地址线(A3、A2)便可寻址到HPI端口的所有控制寄存器、地址寄存器和数据寄存器。同时，将HPI8接口安排在S3C44B0X的BANK2(即地址范围0X04000000～0X05FFFFFF)，而且S3C44B0X具有内部译码器，直接产生片选信号nGCS2。由于C54X HPI8是一个8位的并行端口，而C5416的内部结构为16位，因而主机必须读/写两个连续的8位字节，而且主机还应该提供HBIL信号指示当前传输的是第一字节还是第二字节。在S3C44B0X中，可以直接使用地址线A1来完成此功能:当向A1=0的地址写入数据时，表示为第一字节;向A1=1的地址写入数据表示第二字节。

　　另外，还有几个关键的控制信号线需要连接。一个就是HR/W信号，由于S3C44B0X没有此信号，使用地址线A4来代替。当A4=1时，代表读操作，反之为写操作。在HPI8的操作中，所有的地址线和控制线在HDS1/2的下降沿采样，用S3C44B0X的读/写信号nOE和nWE来完成此功能。

　　由于S3C44B0X和C5416 HPI接口的控制逻辑不尽相同，需要使用其它的一些信号线来进行模拟，此时要严格遵循HPI的读写时序(如图1所示)。

　　3.2 软件设计

　　由于主机接口(HPI)传送8位数据字节，而HPIC寄存器(通常是S3C44B0X首先要寻址的寄存器)是一个16位寄存器，在S3C44B0X这一边可以相同内容的高字节与低字节来管理HPIC寄存器(尽管某些位的寻址受到一定的限制)，在C54X这一边高位不用。

　　当主机开始存取DSP的数据时，首先要执行以下两步操作:

　　·HPIC寄存器的BOB位置1(高字节与低字节必须相同)。BOB位为字节选择位。BOB位置1，表示第一字节为低字节。BOB位影响数据和地址的传送。只有主机可以修改这一位，C54X对它既不能读也不能写。

　　·将起始地址写入HPIA寄存器。

　　此后可正常存取DSP内部RAM的数据了。

　　结合硬件设计和HPI的操作步骤，便可以在S3C44B0X上编写程序实现与C5416的数据通信。

　　程序主要分为两个部分:一部分是地址及数据的定义;一部分是实现代码。具体程序如下:

　　#define HPI_BASE        0x4000000

　　/* HPIC reg */

　　#define HPIC_W_F      *(UINT8*)(HPI_BASE+0x0)

　　//000 0 0

　　#define HPIC_W_S      *(UINT8 *)(HPI_BASE +　0x2)

　　//000 1 0

　　#define HPIC_R_F      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x10)

　　//110 0 0

　　#define HPIC_R_S      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x12) 

　　//110 1 0

　　/* HPIA automatically change */

　　#define HPID_W_A_F    *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x4)

　　//001 0 0

　　#define HPID_W_A_S    *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x6)                 

　　//001 1 0

　　#define HPID_R_A_F    *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x14)                     

　　//101 0 0

　　#define HPID_R_A_S    *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x16)

　　//101 1 0

　　/* HPIA reg */

　　#define HPIA_W_F      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x8)                  

　　//010 0 0

　　#define HPIA_W_S      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0xA)

　　//010 1 0

　　#define HPIA_R_F      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x18)

　　//110 0 0

　　#define HPIA_R_S      *(UINT8 *)(HPI_BASE + 0x1A)                           

　　//110 1 0

　　上述这些宏定义了HPI8接口寄存器的地址。对S3C44B0X来说，HPI8占用其内存的BANK2，即起始地址为0X04000000。又由于HPI8的HR/W和HBIL信号用S3C44B0X的地址线实现，因此对同一个寄存器而言，其读写地址不同。

　　以下代码从DSP读出数据:

　　UINT16 read_dsp(UINT16 addr)

　　{

　　INT16 i；

　　INT8 j；

　　set_hpia(addr)；           //设置起始地址

　　i = HPID_R_A_F；       　　//读出第一字节

　　j = HPID_R_A_S；       　　//读出第二字节

　　return (i<<8)|(j&0xff)；

　　}

　　以下代码向DSP写入数据:

　　void write_dsp(UINT16 addr， UINT16 dat)

　　{

　　set_hpia(addr-1)；                        //设置起始地址

　　HPID_W_A_F=(UINT8)((dat>>8) & 0xff)；     //写入第一字节

　　HPID_W_A_S=(UINT8)(dat & 0xff)；       　　//写入第二字节

　　}

　　在嵌入式系统设计中，用S3C44B0X作为主控制器，用TMS320C5416进行运算，然后通过HPI接口进行通信和交换数据。事实证明，用HPI接口在ARM和DSP间通信满足嵌入式系统的实时性要求。

　　参考文献

　　1 李 刚. 数字信号微处理器的原理及其开发应用. 天津: 天津大学出版社， 2000

　　2 TMS320C54X DSP REFERENCE SET VOL5.ENHANCED PERIPHERALS TI

　　3 S3C44B0X USER MANUAL. SAMSUNG ELECTRONICS