談DSP HPI總線與MPC8272總線接口的FPGA實現
論文關鍵詞： DSP HPI MPC8272 FPGA VHDL源代碼
論文摘要：通過對TI公司TMS320C6421 DSP HPI接口信號和接口總線時序的分析，以VHDL語言為工具，使用Altera的FPGA芯片EP3C40F780C8，設計完成MPC8272總線和TMS320C6421 DSP HPI總線之間的通信接口，并在實際的產品中得到運用，給出與整個接口設計相關的VHDL源代碼。對于類似的DSP HPI接口設計，此文章具有參考和指導意義。
一、HPI概述
HPI(Host-Port Interface)主機接口，是TI高性能DSP上配置的與主機進行通信的片內外設。通過HPI接口，主機可以非常方便地訪問DSP的所有地址空間，從而實現對DSP的控制。
TMS320C6421的HPI接口是一個16bit寬的并行端口。主機(host)對CPU地址空間的訪問是通過EDMA控制器實現的。 HPI接口的訪問主要通過三個專用寄存器來實現，它們分別是HPI控制寄存器(HPIC)、HPI地址寄存器(HPIA)和HPI數據寄存器(HPID)。
二、HPI接口信號簡介
(1) HD[15∶0](數據總線)
(2) HCNTL[1∶0](控制HPI訪問類型)
如前所述，對HPI的訪問需要通過三個寄存器，即HPI地址寄存器(HPIA)，HPI數據寄存器(HPID)和HPI控制寄存器(HPIC)來實現。HCNTL[1∶0]就是用于選擇這三個寄存器的專用引腳。
HCNTL1
HCNTL0
HPI訪問類型
0
0
主機可讀寫HPI控制寄存器HPIC
0
1
主機可讀寫HPI數據寄存器HPID，讀操作或寫操作后HPIA自動增1
1
0
主機可讀寫HPI地址寄存器HPIA
1
1
主機可讀寫HPI數據寄存器HPID，讀操作或寫操作后HPIA不變
(3) HHWIL (半字指示選擇)
HHWIL指示當前的為第一個或是第二個半字傳輸，但需要注意的是，它并不代表是最高有效的(most significant)還是最低有效的(least significant)，而決定的依據是HPIC中的HWOB位的狀態。對于第一個半字，HHWIL必須被驅動為低電平；對于第二個半字，HHWIL必須被驅動為高電平。
(4) HR/W (讀/寫操作指示)
HR/W為高電平，表示從HPI接口讀；HR/W為低電平，表示向HPI接口寫。
(5) HRDY (輸出準備好)
(6) HCS,HDS1,HDS2(選通信號)
當HCS有效，并且HDS1和HDS2中僅有一個有效時，內部觸發信號HSTROBE有效。這三個信號的組合邏輯其實就是片選和讀/寫信號構成的組合邏輯，因此，可直接與主機的片選和讀/寫信號相連。如下圖所示：
(7) HAS (地址輸入選通)
在TMS320C6421 HPI接口中目前沒有用，連接到邏輯高電平。
(8) HINT(向主機輸出的中斷)
三、HPI接口寄存器簡介
如上所述，主機通過HPI接口對DSP的訪問實際上是通過三個寄存器來實現的，下面就針對這三個專用寄存器進行介紹。
(1)HPI控制寄存器(HPIC)
HPIC中每一位都有特定的功能，在對HPI進行訪問的過程中需要特別注意。簡要介紹一下這些功能位的作用。
①HWOB(半字順序位)
如果HWOB=1，第一個半字為最低有效；如果HWOB=0，第一個半字為最高有效。HWOB對地址和數據都起作用，如果采用HPI16模式，在訪問數據或者地址寄存器之前，應該首先初始化HWOB位。
②DSPINT(主機產生的Processor-to-CPU中斷，用于HPI啟動方式中將DSP內核從復位狀態中喚醒)
③HINT(DSP-to-Host中斷，即通過向此位寫入特定值來產生對主機的中斷)
(2) HPI地址寄存器(HPIA)
存放32bit數據，指向將要訪問的DSP地址空間中的地址。
(3) HPI數據寄存器(HPID)
在寫操作中存放將要寫入HPIA所指向地址的數據，在讀操作中為HPIA所指向地址中的數據。
四、HPI接口讀寫時序
⑴HPI接口讀時序
⑵HPI接口寫時序
五、HPI接口硬件設計
從C6421 HPI寄存器的編址方式可以看出，主機需兩根地址線尋址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和數據寄存器，因此選擇主機的地址線A29、A28連接C6421 HPI的HCNTL1、HCNTL0。選擇主機的地址線A30連接到C6421 HPI的HHWIL，作為半字指示選擇。HPI的選通由HCS、HDS1、HDS2三根信號線共同作用，最后的HPI使能信號(STROBE)為HDS1異或HDS2后，再與HCS進行與非運算的結果。HCS、HDS1、HDS2信號由FPGA產生。TA為MPC8272傳輸結束標識，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU發送TA，保證HPI數據正確讀出。C6416 HPI的HINT信號可以直接連接到主機的IRQ引腳上實現HPI對主機的中斷信號連接，也可通過FPGA連接到主機，使控制更靈活。
六、地址空間分配
由于C6421為16位的HPI口，其內部總線為32位，所以每次讀寫要分兩次，一次為高16位，一次為低16位，由HHWIL來選擇（0－First Half Word， 1－Second Half Word），設定HPIC.HWOB = 0(First Half Word ＝高16位， Second Half Word = 低16位)。C6421的HPI接口映射為MPC8272的4對地址空間，由MPC8272 CS3控制，配置CS3為16位寬的GPCM訪問模式，如下地址分配：
HPIC：0x0D000000(高16位), 0x0D000002(低16位)。
HPIA: 0x0D000004(高16位), 0x0D000006(低16位)。
HPID_FIX: 0x0D00000C(高16位), 0x0D00000E(低16位)，C6421地址由當前的HPIA決定。
HPID_Auto: 0x0D000008(高16位), 0x0D00000A(低16位) C6421地址自動加1。
七、HPI接口相關VHDL代碼
output wire c6421_hasn, c6421_hcsn, c6421_hdsn1, c6421_hdsn2,
assign c6421_hasn = 1’B1;
assign c6421_hcsn = cs3;
assign c6421_hdsn1 = wen;
assign c6421_hdsn2 = oen;
reg [7:0] st_ta;
reg tax;
wire tax001 = (zzz_cnt==256) ? 0 : 1 ;
wire tax002 = (zzz_cnt==256+8) ? 0 : 1 ;
wire tax003 = (zzz_cnt==256+16)? 0 : 1 ;
wire tax004 = (zzz_cnt==256+32)? 0 : 1 ;
reg c6421hcsn_start;
always @(posedge clk_cpu)
if (zzz_cnt==5) c6421hcsn_start <= 1;
else c6421hcsn_start <= 0;
always @(posedge clk_cpu) begin
if (c6421hcsn_start) begin
st_ta <= STA_CHECKRD;
tax <= 1;
end
else if (STA_CHECKRD == st_ta) begin
if (c6421_hrdyn)
st_ta <= STA_CHECKRD;
else
st_ta <= STA_GEN;
tax <= 1;
end
else if (STA_GEN == st_ta) begin
st_ta <= STA_END;
tax <= 0;
end
else begin
tax <= 1;
end
end
assign ta = (~cs3) ? (tax & tax001 & tax002 & tax003 & tax004): 1’BZ;
MPC8272功能很強大，C6421 HPI接口相對于MPC8272來說為慢速外部設備，TA為MPC8272傳輸結束標識，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU發送TA，保證HPI數據正確讀出。因此在VHDL程序中設計了狀態機，當HRDY信號有效后就立即結束本次訪問，否則經過一段時間的延遲后強制結束本次訪問，這樣可以避免接口長時間占用總線，影響系統性能。
八、結束語
本文使用VHDL語言和FPGA，設計了MPC8272與DSP之間的HPI接口。之所以使用FPGA，是因為在系統中FPGA還包含有其他的功能設計。如果只有MPC8272與DSP之間的HPI接口設計，使用CPLD即可完成，而不必浪費FPGA的資源。
參考文獻：
1、TMS320C6421 Fixed-Point Digital Signal Processor datasheet。TI公司提供
2、TMS320C642x DSP Host Port Interface (HPI) User’s Guide。TI公司提供
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