09750214崔开DSP课程设计.docx

1、09750214崔开DSP课程设计学 号 09750214DSP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

2、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

3、出版社 TMS320C54X DSP结构、原理及应用3、王安民 陈明欣 清华大学出版社 TMS320C54X XDSP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）： 目 录摘要 3一、总体设计方案 3二、硬件系统设计 4三、软件系统设计 61、 通信协议:.62、 程序的执行: 6四、心得体会 7五、参考文献 8六、附录 9附录1 9附录 213摘要：以TMS32C542为例，介绍了其系列D

4、SP(digital signal processing)芯片HPI(host port interface)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

5、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： DSP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IO 口都要占用DSP的硬件资源，同时软件的开销也非常大。 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

6、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

7、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

8、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TMS320C5416 DSP 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2 TMS320C54X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HD0HD7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HIN

9、T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

10、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 、HC2N TL1 、HCN TL0 区分16 位数据的高、低字节。将单片机的低三位地址线A2

11、 、A1 、A0 分别接到HBIL 、HCN TL1 、HCN TL0 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0000H0000000mov DPTR , # 4000Hmov A , # 00Hmovx DPTR , A ;第一字节,HCNTL1/ 0 = 00 ,HBIL = 0mov DPTR , # 4004Hmov A , # 00Hmovx DPTR , A ;第二字节,HCNTL1/ 0 = 00 ,HBIL = 1;向HPIA 寄存器写要访问的地址1000Hmov DPTR , # 4002Hmov A , # 10Hmovx DPTR ,

12、 A ;第一字节,HCNTL1/ 0 = 10 ,HBIL = 0mov DPTR , # 4006Hmov A , # 00Hmovx DPTR , A ;第二字节,HCNTL1/ 0 = 10 ,HBIL = 1;向HPID 寄存器写数据1234Hmov DPTR , # 4001Hmov A , # 12Hmovx DPTR , A ;第一字节,HCNTL1/ 0 = 01 ,HBIL = 0mov DPTR , # 4005Hmov A , # 34Hmovx DPTR , A ;第二字节,HCNTL1/ 0 = 01 ,HBIL = 1C8051F020 单片机和DSP 芯片上有丰富

13、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 ;64 kB 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。TMS320C54x DSP 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

14、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

15、输入/输出接口电源又是CPU电源。图3 TMS320C5416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。