基于VC5402和PCI2040实现HPI接口和PCI接口的应用设计
作者：畅洪亮，程维，蔡学敬
数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）是一种特别适合于进行数字信号处理的微处理器，凭借其运算速度快、功能强等特点，在各个领域的应用越来越广泛。但在很多场合下需要将DSP的各种外围设备同计算机连接，以实现数据传输。通常情况下可利用DSP的串口或I／O口来实现，但无论是接串口还是接I／O口都要占用DSP的硬件资源，同时数据的传输速度有时也不能满足系统的要求。为了解决这一问题，将DSP的HPI口通过PCl2040芯片桥接到PCI总线。本文以TMS320VC5402（简称VC5402）为例，介绍DSP的HPI口及其与PCl2040的接口设计。
1 HPI接口功能及特点
主机接口HPI（Host Pott Interface）是C54x DSP系列定点芯片内部具有的一种并行接口部件，主要用于与其他总线或CPU之间进行通信，其接口框图如图l所示。主机是HPI口的主控者，HPI口作为一个外设与主机连接，使主机的访问操作很方便。主机通过以下单元与HPI口通信：专用地址和数据寄存器、HPI控制寄存器以及外部数据和接口控制信号。HPI有两种工作方式：共用寻址方式（SAM）和仅主机寻址方式（HOM）。在SAM方式下，丰机和C54x都能寻址HPI存储器；在HOM方式下，仅能让主机寻址HPI存储器，C54x则处于复位状态，或者处在所有内部和外部时钟都停止工作的IDLE2空闲状态（最低功耗状态）。
VC5402是TI公司推出的一款性价比极高的16位定点处理器。它是C54x系列中应用比较广泛的一种芯片，有着丰富的接口资源，是一种集数据处理和通信功能于一体的高速微处理器。VC5402 HPI口是一个增强的8位主机接口，它通过HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA和数据锁存器HPID来实现与主机之间的通信。主机通过外部引脚HCNTLO和HCNTL1选中不同的寄存器，则当前发送8位数据就到该寄存器。控制寄存器HPIC既可以被主机直接访问，又可以被DSP片上CPU访问。在使用上，由于主机接口总是传输8位字节，而HPIC是一个16位寄存器，所以主机向HPIC写数据时，需要发送2个相同的8位数据。地址寄存器HPIA，只能被主机直接访问。主机将HPIA寄存器视为一个地址指针，借助于HPIA主机可以访问VC5402全部的片上存储器。另外HPIA具有自动增长的功能，在自动增寻址模式下，一次数据读会使HPIA在数据读操作后增加1，而一个数据写操作会使HPIA操作前预先增加l。这样如果使能了该功能，则只须设定一次HPIA即可实现连续数据块的写入和读出。数据寄存器HPLD，只能被主机访问。如果当前进行的是读操作，则HPID中存放的是要从HPI存储器中读出的数据；如果当前进行的是写操作，则存放的是将要写到HPI存储器的数据。
2 VC5402的HPI口与PCl2040的接口设计
2．1 PCI总线及其实现方法
PCI局部总线是32或64位数据总线，32位PCI总线在读写传送中支持132Mb／s的峰值传送速率，64位PCI传送支持264Mb／s峰值传送速率。对于64位66MHz的PCI总线，传送速率可达528Mb／s。PCI总线协议规范复杂而庞大，因此需要借助总线接口来实现。实现PCI总线协议一般有两种方法：一是用FPGA设计实现，但PCI协议比较复杂，因此难度较大；二是采用PCI总线控制芯片，如AMCC公司的S5933和PLX公司的PCI9052等通用的PCI接口芯片。TI公司专门推出了针对PCI总线和DSP接口的芯片PCI2040，它不但实现了PCI总线控制的功能，而且提供了和DSP芯片的无缝接口，因而大大降低了系统设计的复杂度，缩短了开发时间。
2.2 P012040与DSP接口设计
PCI2040足TI公司设计的专门用来实现C5000／C6000系列DSP和PCI总线进行接口的专用芯片，可以通过8位或16位HPI接口与C54x／C6xDSP实现无缝连接。PCI2040通过HPI接口与VC5402连接。PCI2040的HPI口为8／16位数据传输接口（8位还是16位，依据所挂接的DSP的类型）。主机作为传输的主设备，从机DSP不能发起传输。主设备PCI2040可以读／写DSP内存，DSP HPl口可以访问DSP所有的片上资源，PCI2040和VC5402之问的通信主要靠DSP的HPIA、HPIC、HPID三个寄存器完成。VC5402的HPI与PCI2040口的连接如图2所示。
PCI2040的数据总线HAD0～HAD7与VC5402 HPI口的数据总线HD0～HD7相连，用于主机和DSP传输数据。PCI2040芯片的HPI口的HCNTLl和HCNTL0引脚分别与DSP的HCNTLl和HCNTL0引脚相连，以实现其对HPI寄存器的访问。具体HPI寄存器的选择和访问模式的确定由DSP的HCNTLl和HCNTL0引脚的状态决定，表1给出了VC5402 HPI寄存器访问控制的情况。PCI2040带有独立的读／写选通信号HDS和HR／W，可以将PCI2040的HDS、HR／W引脚与VC5402的HDSl、HR／W引脚相连，实现主机对VC5402 HPI接口的读／写控制。当主机驱动HR／W为高时，读HPI；为低时，则写HPI。DSP HPI口的HPIEA、HDS2、HAS引脚通过10kΩ电阻拉高。
需要注意的是，VC5402的HPI接几是8位的，而DSP内部和PCI总线上的数据格式都是大于8位的，所以主机与DSP之间数据传输必须包含2个连续的字节。专用的HBIL引脚信号确定传输的是第一个字节还是第二个字节；HPI控制寄存器HPIC的BOB位决定第一个或第二个字节放置在16位字的高8位。
3 电路设计时应注意的问题
①VC5402电源采用3．3V和1．8V电源供电。其中：I／O采用3．3V；核电压采用1．8V供电；系统从PCI插槽取5V电压经电压转换后，供DSP和其他芯片使用。
②VC5402的有些引脚必须接4．7kΩ的上拉电阻，没有用到的中断引脚也要接相同的上拉电阻。
③电源输入端跨接一个10～100μF的电解电容器，为每个集成屯路芯片配置一个0．01μF的陶瓷电容器。
结语
本文以VC5402和PCI2040为例．详细介绍了DSP的HPI接口和专用PCI接口芯片PCI2040的硬件接口。实践证明，利用PCI2040芯片实现C54x／C6x DSP的PCI总线可以大大减少相应的外围器件，增强系统的可靠性，同时降低系统开发的难度，缩短开发周期。
