基于PC机并口与DSP的HPI接口通信设计.docx
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基于PC机并口与DSP的HPI接口通信设计
学号09750214
天津城市建设学院
DSP原理及应用
设计说明书
基于PC机并口与DSP的HPI接口通信设计
起止日期：
2012年12月17日至2012年12月22日
学生姓名
崔开
班级
09电气2班
成绩
指导教师（签字）
控制与机械工程学院
2012年12月22日
天津城市建设学院
课程设计任务书
2012—2013学年第一学期
控制与机械工程学院学院电气工程及其自动化专业09电气2班级
课程设计名称：
DSP原理及应用
设计题目：
基于PC机并口与DSP的HPI接口通信设计
完成期限：
自2012年12月17日至2012年12月22日共1周
设计依据、要求及主要内容（可另加附页）：
一、课程设计的目的
通过本课程设计，锻炼学生查阅资料、方案比较、运用知识的能力。
使学生掌握C54系列DSP芯片的结构、原理和典型应用，并且能够熟悉DSP的开发流程和基本的设计方法，既巩固所学的基础理论知识，又为学生日后从事开发设计奠定基础。
二、课程设计的内容及要求
主机接口HPI是一种高速、异步并行接口，本次设计要实现TMS320C54X通过HPI与PC机并行通信，完成：
1、设计相关硬件电路。
2、通信软件设计。
3、书写设计说明书
三、参考资料：
1、吴冬梅张玉杰北京大学出版社DSP技术及应用
2、戴明桢周建江北京航天航空大学出版社TMS320C54XDSP结构、原理及应用
3、王安民陈明欣清华大学出版社TMS320C54XXDSP实用技术
4、苏涛.DSP实用技术.西安:
西安电子科技大学出版社
5、米根锁,王瑞峰.用DSP的主机接口HPI实现DSP与PC机间通信[J].自动化与仪器仪表,2005,31（6）:
75-76.
指导教师（签字）：
批准日期：
年月日
教研室主任（签字）：
摘要：
以TMS32C542为例，介绍了其系列DSP（digitalsignalprocess—ing）芯片HPI（hostportinterface）口的各个组成部分及其功能，并以AT89C51单片机作为主处理机，阐述了与TMS320C542之间实现数据共享的方法，成功地解决了主处理机通过HPI接口对DSP内部数据进行在线修改和实时监控的问题。
最后给出了如何用HPI口实现程序的加载引导，以提高程序运行速度的方法。
关键词：
TMS320C54X；DSP；HPI口；
一、总体设计方案
DSP作为一种先进的可编程处理器，近几年来应用极其广泛。
其中，TMS32OC54X是TI公司推出的定点系列数字信号处理芯片，它具有运算速度高、CPU结构优化、功耗低和智能化外设等特点，特别适用于实时嵌入式系统的开发。
它已成为数字产品设计中低成本、低功耗、高性能的数字信号处理芯片的首选，在便携式仪器、消费类电子、医疗设备等领域得到广泛的应用。
但我们在学习中发现TMS320C54X系列芯片存在2个应用问题：
①DSP应用系统一旦开发完成投入使用后，再想对DSP内的数据进行监控，或者在线修改很不方便，不管是接串口，还是接I／O口都要占用DSP的硬件资源，同时软件的开销也非常大。
②在DSP扩展程序／数据存储器时，FLASH因其烧写方便而较为常用，但这类器件数据存取速度慢，难以满足DSP系统高速运行的要求。
这也是限制TMS320C54X广泛应用的一个因素。
此外，TI的TMS320C54系列DSP芯片内部提供了标准的8位HPI主机接口，用来与主设备或者主处理器接口，在通过HPI口和主机通信的过程中，完全没有硬件和软件的开销，而由DSP自身的硬件协调冲突，从而不会打断DSP正常程序的运行，且利用HPI口，还能成功地进行程序加载引导。
传感器采集到的模拟信号经过滤波放大后,由模/数转换器转换成相应的数字信号,再由DSP（TMS320C54x）进行数字信号处理,将处理后的数据通HPI（主机接口）传送到单片机（C8051F020）中,单片机内嵌入TCP/IP协议,它主要负责数据的远程通信,完成网络数据的拆包与主机接口数据的打包。
单片机通过并行接口与以太网控制器连接,以中断方式实现并行通信。
以太网控制器接收到网络传输到的数据后,通过MAC比较、CRC校验后,存到接收缓冲区;收满一帧后,以中断方式通知单片机。
单片机对接收到的数据进行判断,如果是UDP数据包,则检查IP地址和端口号,如果正确则接收数据包,并解包,然后将数据部分发送至DSP。
反之,如果接收到DSP发送来的数据,则将数据按照UDP协议格式打包,然后送到以太网控制器中的发送缓冲区,传输到网络上。
TMS320C54x系列DSP与PC机通信的方式有两种：
一种是利用DSP的主机接口HPI与PC并行口连接，由软件来设定通信波特率和握手方式。
另一种方式是通过专用的异步通信芯片来实现，它可以实现DSP与PC机的高速数据通信。
本次设计主要采用第一种方式来实现。
图1硬件系统框图
二、硬件系统设计
通过TMS320C5416DSP的HPI接口与C8051F020单片机连接可以实现CPU间的级连,使系统达到双CPU的处理速度。
硬件连接如图2所示。
图2TMS320C54X与C8051F020的连接
以TMS320VC54x（简称为54x）包含的增强型HPI-8接口为例,它与外部主机或微处理器的连接,其具有单独的8根数据线HD0～HD7和10根控制线。
控制信号的时序逻辑。
主机主动通过HPI口访问DSP,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,54x的CPU几乎不用进行其他操作,片内的DMA通道会自动辅助完成RAM区和HPI数据寄存器的数据传输。
主机由HCNTL0/1线来确定选择HPI的某个控制寄存器。
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（16位）,因此对于HPI-8,每个的传递必须要有2个传递周期才能完成。
HBLL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。
通过HPI实现程序下载属于54x程序加载的五种途径之一。
在需要与主机连接的应用设计中,采用HPI程序加载方式可以使电路设计简化,省去外部并行或串行的ROM或FLASH程序存储器。
DSP的主机接口有两种工作方式,共用寻址方式（SAM）和仅主机寻址方式（HOM）。
DSP和单片机都可以访问片内存储器,当单片机与DSP访问冲突时,单片机有优先权,DSP则等待一个周期。
单片机先向DSP写入控制字,设置工作模式,然后将访问地址写入HPIA,再对HPID进行读写,即可读出和写入指定的存储单元。
由HBIL、HC2NTL1、HCNTL0区分16位数据的高、低字节。
将单片机的低三位地址线A2、A1、A0分别接到HBIL、HCNTL1、HCNTL0上。
单片机向DSP存储器写数据的部分代码如下:
;单片机向HPIC写控制字0000H0000000
movDPTR,#4000H
movA,#00H
movx@DPTR,A ;第一字节,HCNTL1/0=00,HBIL=0
movDPTR,#4004H
movA,#00H
movx@DPTR,A ;第二字节,HCNTL1/0=00,HBIL=1
;向HPIA寄存器写要访问的地址1000H
movDPTR,#4002H
movA,#10H
movx@DPTR,A ;第一字节,HCNTL1/0=10,HBIL=0
movDPTR,#4006H
movA,#00H
movx@DPTR,A ;第二字节,HCNTL1/0=10,HBIL=1
;向HPID寄存器写数据1234H
movDPTR,#4001H
movA,#12H
movx@DPTR,A ;第一字节,HCNTL1/0=01,HBIL=0
movDPTR,#4005H
movA,#34H
movx@DPTR,A ;第二字节,HCNTL1/0=01,HBIL=1
C8051F020单片机和DSP芯片上有丰富的片上资源。
C8051F020芯片上有可编程增益放大器的ADC,可供扩展;可程控更新的DAC;64kB在系统可编程FLASH存储器;外部存储器接口,SPI、SMBus和UART串行接口等,方便扩展键盘、LCD液晶显示屏等外围设备。
TMS320C54xDSP提供了McBSPs（多通道缓冲串口）,允许与其他的54x设备、编解码器等进行直接接口;包括6通道的DMA控制器,用于执行独立的数据传输。
因此选择这样的SOC（片上系统）作为该智能仪器的网络接口的核心器件,使得该接口具有广泛的扩展功能。
TMS320C5416芯片介绍
TMS320VC5416是TI 新一代16 位定点数字信号处理器,它的微处理器采用修正的增强型哈佛结构，操作速度可达160MIPS 。
片内有CPU、8条总线、RAM、ROM及片内外设等硬件配置。
以及高度专业化的指令系统，使其具有集成度高、扩展性好、处理功能强、功耗低等优点,可以满足众多领域的适时性处理要求等特点。
目前，TMS320C5416都有C语言和汇编语言开发工具，这使得开发DSP程序更加方便和高效。
在某些情况下使用C语言会比较好，但是有时就需要用汇编语言，这时我们就可以采用C语言和汇编语言的混合编程方法来实现，以达到最佳地利用DSP芯片软硬件资源的目的。
在CVDD为核心CPU是电源的同时，DVDD为输入/输出接口提供电源。
VSS既是提供输入/输出接口电源又是CPU电源。
图3TMS320C5416芯片引脚图
三、软件系统设计
在硬件设计的基础上，从HPI到PC并行端接口的软件设计可以分为两部分：
引导装载阶段和核心阶段。
通过实例，核心过程集中了数据传输的几种情况主要包括：
1、通信协议:
数据从程序存储区传输到PC；
数据从数据存储区传输到PC；
数据从PC传输到程序存储区；
数据从PC传输到数据存储区；
2、程序的执行:
在一个应用中并不是上面的几种传输情况都是必需的，但其中通信协议是必须的程序，因为主机和DSP芯片之间只有依靠该协议才能交换信息，如执行程序的命令、起始地址、传输数据的数量等。
下面是用TMS320C54x汇编语言实现上述的核心软件部分。
程序主要由主程序、DPM、DDM、DLD、DLP、DMPREG、HOSTACK和EXECUTE等模块组成，各种模块的作用如下。
（1）DPM:
数据从程序存储区传输到PC。
（2）DDM:
数据从数据存储区传输到PC。
（3）DLD:
数据从PC传输到程序存储区。
（4）DLP:
数据从PC传输到数据存储区
（5）DMPREG:
保存环境到RAM中的系统堆栈。
（6）HOSTACK:
主机已经确认任务结束。
（7）EXECUTE:
从给定的地址开始执行程序。
图4主程序流程图
四、心得体会
这次的课程设计，从开始接到论文要求到题目的实现，再到论文文章的完成，我学到了很多知识也有很多感受，我开始了独立的学习和试验，查看相关的资料和书籍，让自己头脑中模糊的概念逐渐清晰，使自己的作品一步步完善起来，每一次改进都是我学习的收获，每一次试验的成功都会让我兴奋好一段时间。
当看着自己的程序，自己成天相伴的系统能够健康的运行，真是莫大的幸福和欣慰。
我相信其中的酸甜苦辣最终都会化为甜美的甘泉。
五、参考文献
[1]TMS320C54xDSKplusUser'sGuide.TexasInstrument.,October.1996
[2]戴明桢周建江.TMS320C54xDSP结构、原理及应用[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2001.67-72.
[3]王士元.C高级实用程序设计[M].北京:
清华大学出版社,1996
[4]王旭，何友，黄永峰.2001.IP电话网关的语音压缩数据处理.电子技术应用,2001（6）:
1-5
[5]沈漫源，顾江敏，徐佩霞.2000.新一代定点DSP在网络电话系统中的应用.电讯技术,2000
（2）:
1-5
[6]罗华，袁祝新.2001.VoIP关键技术及应用.MODENCOMPUTER2001（10）:
1-3
[7]陈启祥，张明武.2000.IP电话系统结构分析与设计.计算机工程,27（6）:
1-3
[8]施寒潇，朱巧明，吕强.2002.基于Internet的语音交互系统的设计和实现.电子工程师,28（3）:
1-3
六、附录
附录1
.deftmp,buttptr,scratch,command,starded,length,dump
.defmain,start,hack,lddm,ldld,ldlp,ldpm,exec
.defspecial,trapx
.bssbuttptr
.bsstmpl
.bsstmpl
.bssscratch.1
.bssusp.1
.bssblank.3
.bssSTACK.12
.bssTMPSTK.12
.bssPC.1
Command.usect”COMMS”,512.1
Statadd.setcommand+1
Length.setcommand+2
Dump.setcommand+3
HOSTACK.macro
Hack
Ldmhpic,a
And#08h,a
Bchack,anep
Ret
.endm
DPM.MACRO
LDstatadd,0,a
Mvdmlength,ar,7
Stm#dump,ar5
Nop
Nop
loop:
reada*ar5+
add#1.0.a
banzloop,*ar7
stm#0ah,hprc
Callhack
Ret
.endm
DLP.macro
Ldstartaadd,0,a
Mvdmlength,ar7
Stm#dump,ar5
Nop
Nop
Loop:
writa*ar5+
Add#1,0,a
Banzloop,*ar7-
Stm#0ah,hpic
Callhack
.endm
DMPREG.macro
Trapx
Ssbxintm
Pshtnbl
Ldmsp,b
Stm#STACK+12,SP
PSHMST0
PSHMST1
Pshmtim
Pshmar5
Pshmar6
Pshmar7
Pshmag
Pshmah
Pshmal
Stlmb,sp
Nop
Nop
Popmbl
Ld#0,dp
Popmal
StlA,PC
Ldmifc,a
Or#0204h,0.a
Stlma,ifr
Ld#command,dp
Stm#0ah,hpic
.endm
EXECUTE.macro
Popmal
Ldstartadd,0,a
Nop
Pshmal
Ld#0,dp
Ldmsp,a
Stla,usp
Stm#STACK+3,sp
Stm#0ffffh,ifr
Popmal
Popmah
Popmag
Popmar7
Popmar6
Popmar5
Popmtim
Popmst1
Popmst2
Nop
Nop
.endm
HPINT
.bsstrap
.space2*16
Startssbxintm
Ld#0,dp
Stm#0fffh,ift
Stm#0200h,imr
St#0000h,72h
St#2a00h,71h
Rsbxsxm
Stm#TMPSTK+12,SP
Ld#1020H,0,A
STMA,PMST
Stm#0swwar
Callhack
Stm#0ah,hpic
Ld#command,dp
Redo
Asbxintm
Rsbxxf
Idmifr,a
Main
Idmifr,a
Or#0204h,0,a
Stlma,ifr
Mvdmcommand,ar6
Nop
Nop
Nop
Lddmbanzldpm.*ar5-
DDM
Ldpmbanzldld,*ar5-
DPM
Ldldbanzldlp,*ar5-
DLD
Ldlpbanzexec,*ar5-
DLP
Execbanzspecial,*ar5-
EXECUTE
HOSTACK
TrapDMPREG
附录2
升级会员 