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利用ISA總線實(shí)現(xiàn)對(duì)DSP芯片VC5402的軟配置
摘要：以PC機(jī)作為主機(jī)，通過PC的ISA總線與DSP的HPI主機(jī)并口連接作為傳輸通道，實(shí)現(xiàn)對(duì)PC機(jī)ISA插卡上的DSP芯片TMS320VC5402進(jìn)行實(shí)時(shí)在線程序裝載。關(guān)鍵詞：DSPHPI主機(jī)并口ISA總線軟配置
一、引言
目前，隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在基于工業(yè)測控和數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域的PC機(jī)板卡產(chǎn)品中，高速DSP芯片的使用已經(jīng)是越來越普及。眾多廠家生產(chǎn)的DSP芯片中以美國TI公司（德州儀器）生產(chǎn)的DSP芯片的應(yīng)用最為普遍。同傳統(tǒng)的諸如單片機(jī)的程序裝載過程相比，DSP廠家為芯片提供了更多、更靈活的程序裝載方法。電子工程師在設(shè)計(jì)DSP系統(tǒng)中究竟采用那種程序裝載方法，應(yīng)視產(chǎn)品類型的不同而有所選擇。當(dāng)前許多廠家所生產(chǎn)的DSP芯片中都集成了主機(jī)并行接口，利用主機(jī)并口可以完成主機(jī)和DSP之間的并行數(shù)據(jù)交換。例如TI公司的TMS320C54X系列的DSP芯片、AD公司ADSP21XX系列的DSP芯片等。而主機(jī)并口在完成主機(jī)與DSP進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的同時(shí)，還大都具有程序裝載的功能。在PC板卡類電子產(chǎn)品上使用DSP芯片時(shí)，實(shí)際上是一種主從模式的應(yīng)用，即把PC機(jī)作為主機(jī)，DSP芯片作為從機(jī)。這時(shí)采用主機(jī)并口通過PC機(jī)的系統(tǒng)總線來完成程序的裝載就成了一種既經(jīng)濟(jì)實(shí)用又靈活方便的方式。下面以TI公司的TMS320VC5402為例（以下簡稱為VC5402），本文介紹了如何由PC的ISA總線來完成DSP程序的HPI(主機(jī)并行接口)裝載，并給出了軟硬件開發(fā)的實(shí)例。
二、硬件設(shè)計(jì)
1．VC5402的HPI程序裝載過程
VC5402內(nèi)部具有4K×16位字的ROM，當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位后，如果VC5402的MP/MC引腳為低，那么VC5402的PC程序指針跳到地址為0XFF80的ROM處開始執(zhí)行復(fù)位向量段的程序。該段程序是廠家在出廠時(shí)就固化好的一段程序，它首先執(zhí)行跳轉(zhuǎn)指令，跳到地址為0XF800處開始執(zhí)行，從0XF800開始的ROM的內(nèi)容被稱為程序裝載器（Bootloader）。在那里DSP將要判斷用戶究竟采用了那種程序裝載方式，而判斷的依據(jù)是通過諸如中斷的有無、數(shù)據(jù)或I/O空間固定地址單元內(nèi)特定的標(biāo)志字的有無等廠家已經(jīng)定義好的方式來識(shí)別的。值得注意的是，VC5402的HPI裝載方式與C54X系列的其它型號(hào)稍有不同。其不同有以下兩點(diǎn)：
⑴VC5402的HPI裝載過程是在復(fù)位過程(Reset)以后完成的，不是在復(fù)位過程中完成的。
�、�/INT2標(biāo)志位不是判斷HPI裝載模式的唯一方法，VC5402內(nèi)地址為0X007F的RAM單元的內(nèi)容也是判斷HPI裝載模式的一種方法。
PC機(jī)的ISA總線作為主機(jī)（以后稱為HOST）可以通過HPI口把VC5402的程序裝載到VC5402內(nèi)部雙存取RAM中開始執(zhí)行。
圖1ISA總線與VC5402的HPI接口電路
2．硬件實(shí)現(xiàn)
實(shí)現(xiàn)ISA總線與VC5402的HPI硬件接口比較簡單，需要注意的一點(diǎn)就是VC5402與ISA總線需要電平轉(zhuǎn)換。由于ISA總線電平是5VTTL電平，而VC5402是3.3V電平，所以兩者不能直接接口。我們可以使用PHILIPS公司的74LVC245電平轉(zhuǎn)換芯片，這種芯片采用3.3V供電，能允許5V和3.3V兩種電平的輸入信號(hào)。輸出為3.3V電平，可以和3.3V器件直接接口。電路原理圖見圖一：
由于需要PC對(duì)VC5402進(jìn)行實(shí)時(shí)的程序裝載，那么VC5402的復(fù)位就不能用簡單的RC電路來完成，這里采用一片74HC74的D觸發(fā)器由PC控制完成VC5402的復(fù)位過程。圖中，我們把/HINT和/INT2連在一起，是因?yàn)閂C5402在運(yùn)行Bootloader時(shí)會(huì)自動(dòng)在/HINT引腳輸出一個(gè)低電平，這樣會(huì)使VC5402在復(fù)位結(jié)束后馬上能識(shí)別到當(dāng)前的裝載模式為HPI模式，而忽略對(duì)其它模式的循環(huán)搜索。電路設(shè)計(jì)時(shí)需要注意對(duì)VC5402的HPI相關(guān)控制引腳的接法。對(duì)于控制引腳，采用不同的HOST時(shí)，接法也會(huì)有所不同。這里需要了解一下HPI主機(jī)并口工作的時(shí)序,時(shí)序圖見圖二。圖中的/HCS信號(hào)是HPI使能輸入信號(hào)，當(dāng)使用HPI時(shí)，/HCS信號(hào)必須接地。/HAS是HPI的地址鎖存輸入信號(hào)，這個(gè)信號(hào)在地址總線與數(shù)據(jù)總線分時(shí)復(fù)用的處理器（例如8031）作為HOST時(shí)作為地址鎖存信號(hào)來使用；對(duì)于ISA總線,其地址線和數(shù)據(jù)線是分開的，所以/HAS只要接3.3V即可。/HDS1和/HDS2是兩個(gè)數(shù)據(jù)鎖存信號(hào)，事實(shí)上使用其中的一個(gè)就可以了，而另一個(gè)則必須接3.3V。本例子中使用了/HDS1,而/HDS2接了3.3V。應(yīng)該指出，當(dāng)不使用/HAS信號(hào)時(shí)，/HDS1和/HDS2兩個(gè)輸入信號(hào)也具有地址鎖存作用，在它們的下降沿時(shí)刻,VC5402的HPI鎖存HCNTL0、HCNTL1、HBIL和HR/W四個(gè)控制輸入信號(hào)的值。通過這四個(gè)信號(hào)的值，VC5402可以確定當(dāng)前是對(duì)那個(gè)寄存器進(jìn)行操作、是讀操作還是寫操作、是對(duì)16位字長的高八位還是低八位進(jìn)行傳輸，因此電路設(shè)計(jì)時(shí)必須確保在/HDS1或/HDS2下降沿時(shí)上述四個(gè)控制信號(hào)具有正確的邏輯電平，否則整個(gè)程序裝載過程將會(huì)失敗。
圖2HPI操作時(shí)序圖
由于VC5402內(nèi)部是16位的數(shù)據(jù)總線，而其HPI主機(jī)并口卻是一個(gè)8位的數(shù)據(jù)總線,所以通過HPI與HOST進(jìn)行一個(gè)16位字的數(shù)據(jù)交換需要分兩次來完成，HBIL信號(hào)來指出當(dāng)前是第一個(gè)字節(jié)還是第二個(gè)字節(jié)。HR/W輸入信號(hào)來指出當(dāng)前HOST的數(shù)據(jù)傳輸方向，由于這里只是對(duì)VC5402進(jìn)行程序裝載，即HOST只對(duì)HPI進(jìn)行寫操作，所以把HR/W接地。至于HCNTL0、HCNTL1兩個(gè)輸入控制信號(hào)的作用，這里不妨簡述如下：
HOST通過HPI與VC5402進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，實(shí)際上只是對(duì)VC5402的三個(gè)寄存器進(jìn)行訪問，它們是HPI控制寄存器HPIC、HPI地址寄存器HPIA和HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID。HOST對(duì)這三個(gè)寄存器的尋址，是通過輸入信號(hào)線HCNTL0和HCNTL1來完成的，具體過程如下表一。實(shí)際應(yīng)用中通常是把HCNTL0、HCNTL1連同HBIL接到HOST的地址線上。
表一HPI主機(jī)并口的地址分配
HCNTL0HCNTL1功能描述00HOST讀寫HPI控制寄存器HPIC01HOST讀寫HPI控制寄存器HPID，同時(shí)HPIA具有自動(dòng)加1的功能，這種方式可以數(shù)據(jù)交換的速度10HOST讀寫HPI地址寄存器HPIA11HOST讀寫HPI數(shù)據(jù)寄存器HPID，HPIA寄存器不受影響
電路中用一片GAL16V8來完成PC的I/O地址譯碼。下面來對(duì)VC5402進(jìn)行I/O資源分配。分配情況見表二。根據(jù)資源分配，對(duì)照?qǐng)D一所示電原理圖，寫出GAL16V8的譯碼狀態(tài)方程：
IO4=A9*/A8*/A7*/A6*A5*A4*/A3*/A2*/A1*/A0*AEN*/IOW；對(duì)VC5402復(fù)位譯碼
/IO1=/IOW；送/HDS1進(jìn)行數(shù)據(jù)鎖存
/IO6=A9*/A8*/A7*/A6*A5*A4*A3*AEN；HPI地址選通
為了防止74LVC245高阻輸出時(shí)的不穩(wěn)定對(duì)/HDS1造成誤操作，使用10KΩ的電阻對(duì)/HDS1進(jìn)行上拉是必要的。
表二PC對(duì)VC5402的I/O資源分配
I/O地址
操作
230H對(duì)VC5402進(jìn)行復(fù)位，當(dāng)寫00H時(shí)是執(zhí)行復(fù)位，當(dāng)寫入01H時(shí)是跳出復(fù)位狀態(tài)238H寫HPIC是第一個(gè)字節(jié)239H寫HPIC是第二個(gè)字節(jié)23CH寫HPIA是第一個(gè)字節(jié)23DH寫HPIA是第二個(gè)字節(jié)23EH寫HPID是第一個(gè)字節(jié)23FH寫HPID是第二個(gè)字節(jié)
三、軟件設(shè)計(jì)
1．軟件開發(fā)步驟
基于ISA總線實(shí)現(xiàn)對(duì)VC5402的軟配置，軟件的關(guān)鍵在于HOST方軟件的編寫，至于VC5402的運(yùn)行程序的編寫當(dāng)然不在討論的范疇。HOST方軟件所要完成的任務(wù)就是把VC5402的運(yùn)行程序按照編程者事先指定好的地址進(jìn)行定位裝載然后運(yùn)行。那么究竟應(yīng)該把什么格式的文件裝載到VC5402的內(nèi)部，又怎樣裝載呢？鑒于此，可以把HOST方軟件用下面四個(gè)步驟來概括：
�、派�*.OUT形式的公用目標(biāo)文件（COFF）。
當(dāng)在TI公司的C54X集成開發(fā)環(huán)境CCS5000下進(jìn)行C54X系列的程序開發(fā)時(shí)，都會(huì)經(jīng)過編譯，鏈接最后生成*.OUT文件。
⑵對(duì)*.OUT文件進(jìn)行提取，從中篩選出對(duì)最后裝載有用的代碼和地址信息。
第一步所產(chǎn)生的*.OUT文件由于是COFF格式的文件，也就是一種模塊化的經(jīng)過Bootload后就可執(zhí)行的文件，它的可重定位特性使得用戶可以對(duì)程序在允許的地址范圍內(nèi)靈活地安排。正因?yàn)槿绱耍?.OUT文件還不是一個(gè)完完全全的可執(zhí)行代碼，它里面包含有一些關(guān)于程序中各個(gè)段的諸如起始地址、段的長度這樣的輔助信息，如果把這些信息連同程序代碼都裝入DSP內(nèi)部，程序是不會(huì)被正常執(zhí)行的。這時(shí)必須要對(duì)*.OUT進(jìn)行輔助信息與可執(zhí)行代碼的提取與分離。完成這個(gè)任務(wù)是靠專門的程序完成的，是TI公司提供的，程序的名稱是：Coff_both.exe。這個(gè)程序可以在TI的網(wǎng)站上免費(fèi)下載，空間為120K。利用該程序?qū)?.OUT文件進(jìn)行操作最后生成第三步所需的*.OUT.C的文件。
�、前呀�(jīng)過提取的*.OUT.C文件按照文件提供的起始地址和程序代碼通過HPI裝載到VC5402內(nèi)部。
第二步生成的*.OUT.C文件明確地告訴了程序有幾個(gè)段，每個(gè)段的大小，段的起始地址以及每個(gè)段的16進(jìn)制代碼。有了這個(gè)文件，就知道了該寫些什么內(nèi)容到VC5402里去才能夠開始執(zhí)行VC5402的程序了。接下來要做的就是通過編寫自己的應(yīng)用程序把*.OUT.C文件中的16進(jìn)制代碼通過HPI寫入VC5402內(nèi)部。
�、劝殉绦驁�(zhí)行的首地址寫入VC5402內(nèi)部地址為0X007F的單元內(nèi)部。
在把所有的代碼都裝載完畢后，最后必須要在VC5402內(nèi)部0X007F的RAM單元內(nèi)寫入程序執(zhí)行的首地址。當(dāng)VC5402檢測到0X007F單元內(nèi)的值為非0值時(shí)，就知道HPI裝載過程已經(jīng)結(jié)束，并從0X007F單元指定的地址開始執(zhí)行程序，至此整個(gè)裝載過程結(jié)束。
2．軟件開發(fā)實(shí)例
結(jié)合圖一的硬件電路，對(duì)照軟件開發(fā)的每一個(gè)步驟，我們給出了一個(gè)簡單的軟件開發(fā)的例子，意在使對(duì)此感興趣的讀者能夠通過此例，真正明白用HPI進(jìn)行VC5402裝載的全過程。圖一中VC5402的XF輸出引腳接了一個(gè)發(fā)光二極管，VC5402程序的功能就是使該二極管不停的閃爍。下面按照上述的四步流程進(jìn)行：
⑴編寫example.asm和example.cmd文件，用CCS5000集成開發(fā)軟件生成example.out文件。關(guān)于通過控制XF引腳來使發(fā)光二極管閃爍的VC5402程序的編寫，這里就不再贅述。
�、瓢袰off_both.exe和example.out文件放在同一目錄下，在DOS命令提示符下鍵入：Coff_both-outexample.out。這時(shí)就會(huì)生成example.out.c格式的文件。該文件的形式見圖三。這個(gè)程序只有一段程序，即.text段，這段程序一共由41個(gè)字組成，該程序段需要裝載到開始地址為0X0080開始的內(nèi)部RAM中去運(yùn)行。而這41個(gè)字的16進(jìn)制代碼則是最后真正被執(zhí)行的VC5402的程序代碼。
⑶把example.out.c文件中的代碼由HPI寫到VC5402的內(nèi)部RAM中。HOST主機(jī)軟件，需要用戶自己來編寫，可以采用VC或VB調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序來完成，也可以通過TURB0C2.0直接通過I/O操作來完成，甚至可用MASM的匯編語言來編寫，程序的主要任務(wù)就是讀取example.out.c文件和寫I/O端口。HOST主機(jī)軟件的流程圖見圖四。為了便于讀者編程驗(yàn)證，我們用TURBOC2.0編寫了名為HOST_HPI.C的主機(jī)程序，讀者可以運(yùn)行該程序來讀取example.out.c文件，把41字的代碼裝載入VC5402。使用方法如下：在DOS命令提示符下鍵入：HOST_HPI.exe后，屏幕將提示輸入example.out.c文件的路徑，例如：鍵入：C:\ti\myprojects\example.out.c后，HOST_HPI.exe將完成HOST裝載VC5402的任務(wù)，如果看到發(fā)光二級(jí)管不停的閃爍，表明VC5402已經(jīng)開始正常運(yùn)行程序了。至此，整個(gè)裝載過程完畢。
3.HOST_HPI.C源程序
/*HOST_HPI.C*/
#include"stdio.h"
#include"dos.h"
#defineSIZE100
main()
{
FILE*fp;
UnsignedintDSP_RES,HPIC_H,HPIC_L;
UnsignedintHPIA_H,HPIA_L,HPID_H,HPID_L;
char*a,ch,filename;
unsignedinti,j,length,addr,start[10],*data;
printf("Pleaseinputthenamefile:\n");
scanf("%s",filename);/*輸入程序文件名*/
if((fp=fopen(filename,"r"))==NULL)/*打開程序文件*/
{
printf("cannotopenfile:\n");
exit(0);
}
DSP_RES=0x240;/*設(shè)置DSP各寄存器的I/O地址*/
HPIC_H=0x230;
HPIC_L=0x231;
HPIA_H=0x234;
HPIA_L=0x235;
HPID_H=0x236;
HPID_L=0x237;
outportb(DSP_RES,0x00);/*DSP復(fù)位（DSP_RES寄存器置00H）*/
delay(2000);/*延時(shí)以保證DSP準(zhǔn)確的復(fù)位*/
outportb(DSP_RES,0x01);/*DSP跳出復(fù)位（DSP_RES寄存器置01H）*/
outportb(HPIC_H,0x00);/*DSP的HPIC寄存器置0000H*/
outportb(HPIC_L,0x00);
i=0;
while(!feof(fp))/*判斷程序文件是否結(jié)束*/
{
fgets(a,SIZE,fp);
fgets(a,SIZE,fp);
fscanf(fp,"%s",a);
fscanf(fp,"%s",a);
fscanf(fp,"%x",&length);/*讀取數(shù)據(jù)的長度*/
fgets(a,SIZE,fp);
fscanf(fp,"%s",a);
fscanf(fp,"%s",a);
fscanf(fp,"%x",&addr);/*讀取程序的開始地址*/
fgets(a,SIZE,fp);
fgets(a,SIZE,fp);
for(j=0;j<length;j++)
fscanf(fp,"%x,",data+j);
start[i]=addr;/*保存程序開始地址*/
for(j=0;j<length;j++)/*為DSP裝入數(shù)據(jù)*/
{
/*給DSP的HPIA寄存器賦程序地址,先賦高位再賦低位*/
outportb(HPIA_H,addr>>8);
outportb(HPIA_L,addr&0x00ff);
/*給DSP的HPID寄存器賦程序數(shù)據(jù),先賦高位再賦低位*/
outportb(HPID_H,*(data+j)>>8);
outportb(HPID_L,*(data+j)&0x00ff);
addr++;/*程序地址加1*/
}
for(j=0;j<4;j++)
fgets(a,SIZE,fp);
i++;/*循環(huán)次數(shù)加1*/
}
fclose(fp);/*關(guān)閉程序文件*/
outportb(HPIA_H,0x00);/*給DSP的HPIA寄存器賦007FH*/
outportb(HPIA_L,0x7f);
/*將程序的起始地址start[0]賦予DSP的HPID寄存器*/
outportb(HPID_H,start[0]>>8);
outportb(HPID_L,start[0]&0x00ff);
printf("WritedatatoDSPsuccess!\n");/*返回寫數(shù)據(jù)成功提示，程序結(jié)束*/
}
四、結(jié)論
通過本文可以看出，通過PC對(duì)VC5402進(jìn)行HPI的程序裝載屬于一種基于RAM的在線編程，相比于使用并行或串行EEPROM進(jìn)行DSP程序裝載的方法，它不用對(duì)程序存儲(chǔ)器進(jìn)行燒寫，屬于一種軟配置。在基于PC的插卡式測試設(shè)備開發(fā)過程中，這種方法避免了多次斷電、燒寫程序的不便，使設(shè)備具有了在線開發(fā)的特點(diǎn)。
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