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TMS320VC5402芯片的并口启动装载方案

 

                                    易飞  赵洪信


                         西安开元微电子科技有限公司 (西安 710043)

 

  【摘要】介绍如何用通用并行EPROM芯片与TMS320VC5402芯片接口，实现并口启动装载。给出了此方案的硬件电路图、电路原理及相关源代码，叙述了如何将5402编译器生成的输出文件转换成可以写入EPROM的文件格式及写入时的注意事项。

 关键词：启动装载 速度匹配 工作频率

   
   对于DSP应用系统来说性价比是关键，在众多的DSP厂家和芯片型号中，德州仪器（TI）公司的TMS32 0VC5402芯片（以下简称5402）就是一款性价比很好的DSP芯片。该芯片每秒钟可处理1亿次指令，千片的公开报价为5.98美元，现在有几种流行的MP3随身听和手机就采用了该款DSP芯片。

   在设计以5402为核心的独立系统时，必须解决5402的启动装载问题。TI公司技术文档中有专门介绍5402启动装载的文章，但对并口启动装载方案没有作充分的说明，本文就是对此的一个补充。那么,什么是5402的启动装载呢？启动装载就是在系统启动时将5402的运行程序从外部媒体装载到其内部SRAM或扩展的SRAM中，从而使系统能够按照预定的程序运行的过程。为什么5402必须要有启动装载呢？因为54 02芯片内部没有提供FLASH或EPROM空间来保存它的运行程序，所以，要让5402系统独立运行，就必须从外部装载程序。

   5402提供了五种启动装载的方式：HPI端口启动模式、标准串口启动模式、I/O启动模式、串口EEPROM启动模式和并口启动模式。我们认为并口启动装载方案是以5402为核心的独立系统的最佳方案。因为前三种方式适用于多处理器系统中由其它处理器为5402提供运行代码的情况，无法适应以5402为核心的独立系统的要求，后两种方法都可以用在以5402为核心的独立系统上，但串口EEPROM启动模式中只支持SPI端口的EEPROM，这种EEPROM市场上较少见，价格偏高，而并口启动模式可以采用多种型号的并行EPR OM、并行EEPROM和并行FLASH（以下用EPROM代表），其可选器件种类较多，能够选择价格较低的型号与5402这种低价位的DSP芯片搭配，因而充分体现系统的性价比优势。

   5402的并行启动装载方案的关键是：解决5402与EPROM的速度匹配问题。

   5402一般要求在100M的工作频率下，才能达到每秒种处理1亿次指令的性能，而并口装载时100M的频率(速度为10ns)几乎是所有的EPROM都无法承受的，因此5402提供了装载时的总线时钟延时功能。该延时功能最多能延时7倍，就是只能与速度高于或等于70ns的EPROM和FLASH接口，但能满足这一要求的EPROM和FLASH价格很高。

   为解决该问题，需利用5402的另外一个特性，即5402的工作频率可以小于或等于100M，并能用硬件和软件两种方式设定。因此，我们可以在硬件电路中设定5402刚加电时的工作频率很低（比如为5M），利用这个频率来和EPROM接口。然后，在所装载程序的开始部分，用软件设定的方法将工作频率更改为100M，使5402达到最大的工作效率。

   下面具体讲述硬件和软件的实现方法。

1 5402并行启动装载方案的硬件原理

    5402芯片采用10M的晶振。图1为电路连接图，图中用一个8位宽的容量为32K的EPROM(27C256)与5402接口。

1.1 硬件设定工作频率

   我们将5402的CLKMD1～3三个脚都连到高电平上，这样5402芯片开始加电时的工作频率被硬件设定为二分频，即5M，在这种频率下进行的启动装载几乎可以和所有速度指标的EPROM接口。

1.2 XF的作用

   图1中EPROM被映射到5402的数据区（有效地址为8000H～FFFFH），这样将占用5402的数据区空间。为了让5402在启动代码装载完后仍能使用这段数据区空间，必须让EPROM在程序装载后让出总线。此时将5402的通用输出脚XF的倒相接到EPROM的片选脚（CE）上，就可以实现这一功能。其工作原理为：在5402刚加电时XF为高电平，这时EPROM片选将软件程序装载到5402的SRAM中，然后在程序的开始部分将XF置低，使EPROM不工作让出占用的数据空间。
1.3 采用16位的EPROM
   如采用16位的EPPOM，只需对接好高8位数据位，其它同图1。
                              

2  5402并行启动装载方案的软件代码

   为配合硬件电路，要用软件来控制XF并更改5402的工作频率。代码如下：

   RSBX XF；控制XF, 将其电平置为低.，关闭EPROM，让出数据区空间。

   STM #0,58h ；将CLKMD寄存器（数据空间地址为58H）置为0, 即为二分频状态，此时倍频电路不工作 。

   wait_—pll: ；如下循环判断是为了等待5402二分频状态设置成功。

   LDM 58h,A  ；读入CLKMD的值到累加器A中。

   AND #1,A ；取CLKMD的值中最低位.。

   BC wait_—pll,ANEQ ；如最低位为1则跳转到wait_—pll继续等待, 为0则退出循环。
   STM #97ffh,58h ；将CLKMD寄存器写为97FFH，即设置为10倍频状态，则其相应的工作频率更改为100M 。 RPT #100 ；循环执行100次空语句, 等待5402的工作频率稳定在100M。
   nop

3 将软件正确写到EPROM中

   5402的软件编译后需要写入EPROM中。5402软件编译后生成扩展名为out的输出文件，这种文件格式不能直接写入EPROM中，必须经过格式的转换，而且写入时也要注意一些问题。

3.1 文件格式的转换

   绝大多数EPROM或FLASH的烧写器都支持hex格式的文件，这里就介绍将out文件转成hex文件的方法。在转换过程中，要用到5402编译环境中的hex500.exe工具。

   首先，要建立一个保存转换选项的文件，一般存为扩展名cmd。转换选项须根据具体情况修改，否则转换的文件无法正常使用。例如我们保存了一个名为rom.cmd的文件，文件的内容和说明如下：

                main.out

            -e 0080h

            -i

            -memwidth 8

            -boot

            -bootorg PARALLEL

            -o main.hex 
说明：main.out是输入文件名，即5402软件编译生成的out格式文件的名字。

 -e选项是程序的中断向量表的入口点，在这个例子中我们的软件的向量表放到了数据空间的0080H的位置。

 -i选项决定输出文件的格式为hex格式。

 -memwidth选项使用了EPROM的位宽度，如果是8位的ERPOM则为8，如果是16位的EPROM则为16。

 -boot选项用来说明将out文件中的所有程序段都转成hex格式。

 -bootorg选项说明输出的文件是为并行的EPROM提供的，要由hex500.exe加入并行的一些控制信息。
   -o选项后面是输出文件的文件名。

   然后，直接在DOS下写入如下一行命令，调用hex500.exe实现格式的转换：hex500 rom.cmd

3.2  烧写EPROM时要注意的问题

   转换生成的hex文件在由烧写器的烧写软件读入时，一定要计算好文件的放置位置。5402的并行启动装载方式要求8位的EPROM在数据空间的FFFFH和FFFEH中要放入程序代码的起始地址（地址高位放FFFEH中，地址低位放在FFFFH中），16位的EOPROM要在FFFFH中放入代码起始地址。

   例如：用一个32K*8bit的EPROM作为5402的启动装载媒体，将它映射到5402数据空间的8000H-FFFFH之间。如果我们将程序代码对齐该EPROM的起始位置烧写，那么程序代码的起始地址应为8000H，因此我们还要在EPROM中的FFFEH位置烧入80H，在FFFFH位置烧入00H数据。这样才能保证程序顺利装载。

 
TMS320VC5402的HPI与51单片机的接口设计作者：    时间：2007-10-08    来源:         引言

TMS320VC5402是TI公司推出的性价比极高的定点数字信号处理器(DSP)。它具有先进的多总线结构(三条16位数据存储器总线和一条程序存储器总线)；其数据／程序寻址空间为1 M×16 bit： 内置4 k×16 bitP／DROM和16 k×16 bit-DARAM；此外，该DSP内含两个多通道缓冲串行口，一个8位并行与外部处理器通信的HPI口，2个16位定时器以及6通道DMA控制器；具有低功耗，适合电池供电设备等特点[1]。

51系列单片机是一种很经典的单片机。20多年来一直久盛不衰。而且Intel通过授权5l内核，目前已出现了很多第三方生产的51系列产品。这些产品一般都具有较高的时钟频率和较大的存储空间，而且还能运行嵌入式操作系统。因而极大地提高了单片机的性能，扩大了它的应用范围。

1 TMS320VC5402的主机接口(HPI)

HPI(主机接口)是主机与TMS320VC5402进行数据交换的8 bit并行数据口。该接口在
TMS320VC5402芯片上，内部有数据寄存器(HPID)，控制寄存器(HPIC)及地址寄存器(HPIA)。HPI口可用8 bit数据线传输16 bit的数据，并可通过设置控制寄存器的相关位来控制高8位和低8位传输。HPI有两种工作方式：一种是主机独占模式 (HOM)； 另一种是主机和TMS320VC5402共享模式(SAM)。其中SAM是通用方式，二者都可寻址HPI存储器(DARAM)。当二者产生冲突时，主机具有较高的优先权，而在TMS320VC5402插人一个等周期。通过HPI传输的数据率是每5个CLKOUT时钟周期传输1字节。HMS320VC5402芯片中HPI8的内部结构逻辑如图1所示[2]。

HPI通信主要是通过对HPIA、HPIC和HPID3个寄存器赋值来实现的。简单地说，HOST通过外部引脚HCNTL0和HCNTLl选中不同的寄存器后，就将当前8位数据发送到该寄存器中了。由于HPIC是16位寄存器，而HPI口总是传送8位数据宽度，所以用HOST向HPIC写数据时，需要发送两个一样的8位数据。对TMS320VC5402来说，仅低8位有意义。当地址寄存器HPIA选择后，直接向它写数据就可以了，但是要注意MSB和LSB的顺序。另外，HPIA具有自动增长的特性，即在每写入一个数据前和每读一个数据后HPIA都会自动加1。这样，如果使用了该功能，只需设定一次HPIA即可实现连续数据块的写入和读出，只是在实现时，数据应首先从主机发到HPID中，然后再根据HPIA指定的地址把HPID中的数据再写到片内RAM的地址中。

2 DSP与单片机的通信

由于本系统具有主从式双CPU结构，因此，DSP从处理器和单片机主处理器之间的数据通信是必不可少的。它们之间的通信接口设计是整个系统的一个关键。对于DSP和单片机的具体连接方案，考虑到不论是接串口还是接I／O口都要占用DSP的硬件资源，同时软件开销也非常大。而TMS320VC5402提供有HPI接口，可专用于DSP和主机之间的通信，因此DSP在通过HPI口和主机通信的过程中完全没有硬件和软件开销，而是由DSP自身的硬件来协调冲突，因从而不会打断DSP正常程序的运行。在HPI通信方式下，DSP的片内存储器对外界是完全透明的，可由主机通过访问HPI的地址和数据寄存器来完成对DSP片内存储器的读写。本系统采取DSP的HPI口和单片机的P0口相连来作为数据传输口从而实现两者的交互。

2．1 DSP和单片机的硬件接口设计

本设计选取ATMEL公司的AT89C51单片机作为主机，并以I／O接口方式连接DSP和AT89C51，设计时使用了AT89C51的两个通用I／O端口P0和P2，其硬件接口原理图如2所示。图中将AT89C51的端口P0和HPI的8位数据线HD0一～HD8相连作为数据传输通道，P20～P24设置为输出以控制HPI口的操作。其中P2．0和P2．1分别连接HCNTL0和HCNTLl以实现对HPIC、HPIA和HPID寄存器的访问，P2．2连接字节识别信号HBIL可控制读写数据是属16位字的第一字节还是第二字节，P2．4作为读写控制选通信号连接HR/W，P2．7与HCS相连，而连接HDS1作为数据选通信号来锁存有效的HCNTL0／1，HBIL和HR／W信号。 INT0作为输入与HPI口的主机中断信号HINT相连。ALE与HAS相连，WR和HDS2相连。由HPI接口的原理可知，在HCNTL0／1、HBIL和HR/W信号有效之后，设置HDS1为低电平可实现读写的数据选通，从而完成AT89C51对DSPHPI口的读写操作。在数据交换过程中，AT89C51向HPI发送数据可通过置TMS320VC5402的HPI控制寄存器HPIC中的DSPINT位为1来中断5402。AT89C51接收来自HPI的数据时则可用查询方式。当TMS320VC5402DSP准备发送数据时，置／HINT信号为低。当AT89C51查询到INT0为低时，系统将调用接收数据子程序来实现数据的接收。

TMS320VC5402 DSP的外部I／O引脚用的是3．3 V逻辑电平，而AT89C51单片机用的是5 V逻辑电平，两者之间存在电平差异而不能直接相连，故采用74LVC16245进行接口隔离同时还可增强DSP的总线驱动能力。

 

2．2 通过HPI接口读取数据的软件设计

在硬件搭建好后，接下来便是软件功能模块的设计工作。本系统主机程序主要完成HPI寄存器的选择、时序的构建和数据读／写等。可根据DSP HPI接口的工作时序置HPIENA引脚为高电平，使能DSP进入HPI工作模式，然后设置TMS320VC5402的HPIC寄存器和HPIA寄存器，使其工作在能够配合8 bit HPI Bootloader状态下。
AT89C51的部分汇编源程序所完成的功能包括初始化串口、初始化HPI接口、从串口接收命令字(包括16，bit地址和8，bit数据)、通过HPI接口读取DSP的相应内部存储器，并发送到串口、以及等待接收下一次的命令等，其具体汇编程序代码如下：

3 结束语

DSP与单片机之间有许多连接方式， (例如利用双口RAM或者通过串口)，但是它们都要占用DSP的处理时间，这在要求苛刻的场合可能会影响到系统的实时性。而HPI接口则通过DSP片内的DMA控制器来访问片内存储器，它不需要DSP的干预。可以说，HPI接口是DSP的一个"后门"，单片机通过这个"后门"可以访问到DSP的片内存储器。只有当HPI接口和DSP同时对同一地址进行访问时，由于HPI具有访问优先权，这时DSP的执行大会被延迟一个周期，而这种情况对系统实时性的影响是非常小的。

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