ARMCPUS3C44B0X与C54XDSP的接口设计

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摘要：以SAMSUNG公司的ARM SOC芯片S3C44B0X和TI公司的TMS320C5416 DSP为例，讲述了ARM与DSP的数据接口技术，并结出了硬件连接图和软件代码。

    关键词：ARM S3C44B0X 主机接口（HPI） TMS320C5416

后PC时代，嵌入式产品逐渐占领市场。而这些嵌入式产品的核心——处理器决定了产品的市场和性能。高性能、低功耗、低成本是嵌入式处理器的主要特点。在32位嵌入式处理器市场中，ARM占有78.6%的份额。而TI而占有DSP市场的绝大部分份额。通常的嵌入式系统设计中，由微控制器实现整个系统的控制，由DSP来执行计算密集型操作，然后通过一定的手段实现微控制器与DSP之间的通信和数据交换。因此，如何高效地设计控制器（ARM）与DSP之间的接口以满足嵌入式系统的实时性要求，在嵌入式系统设计中显得尤为重要。

1 ARM CPU S3C44B0X的特点

ARM是一款32位的精简指令集（RISC）处理器架构，以其高性能、低功耗、低成本占有市场。由于ARM公司采用IP授权的方式经营，全球几乎所有的大半导体公司都有基于ARM的SOC芯片。
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    S3C44B0X是SAMSUNG（三星）公司一款基于ARM7TDMI的SOC芯片。它一方面具有ARM处理器的所有优点：低功耗、高性能；同时又具有非常丰富的片上资源，非常适合嵌入式产品的开发。其特点如下：

·采用ARM7TDMI内核，I/O电压3.3V，内核电压2.5V；

·内置锁相环（PLL），系统主频最高达66MHz；

·4种工作模式，可以实现电源管理以降低系统功耗；

·8KB的系统高速缓存（CACHE），极大地提高了系统运行速度；

·支持8个MEMORY BANK，最大外部存储空间达256MB，并支持SDRAM；

·内置彩色LCD控制器；

·2路异步串口（UART）；

·71个通用I/O口；

·8通路模/数转换器（ADC）；

·实时时钟（RTC）和看门狗电路（WATCHDOG）。

2 C54X DSP及其HPI接口

2.1 C54X DSP的特点

以高速、低功耗为特征的C54X系列DSP采用先进的改进型哈佛结构，具有分离的数据总线和程序总线，片内集成了ROM、RAM和多个外设，如通用I/O口、定时器、时钟发生器、软件可编程等待状态发生器、可编程块切换逻辑、串行口、直接存储器存取控制器（DMA）和与外部处理器通信用的主机接口（HPI）。

2.2 C54X的主机接口（HPI）

C54X中的主机接口（HPI）主要有三种：标准8位HPI8接口、增强型8位HPI8接口和16位HPI16接口。其中C542～C549内含标准型HPI8；C5402、C5410内含增强型HPI8；C5410以上为HPI16；C5409、C5416的HPI可以由用户设置为增强型HPI8或HPI16。增强型比标准型更优越之处主要在于：增强型允许主机访问DSP内部的所有片内RAM，而标准只能访问RAM区中指定的2K字。

以TMS320C5416（简称C5416）包含的增强型HPI8接口为例，它与外部主机或微处理器的连接具有单独的8根数据线HD0～HD7和10根控制器。主机主动通过HPI口访问DSP的内部RAM以及其它资源。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，C5416几乎不用进行其他操作，片内的DMA通道会自动辅助完成RAM区与HPI数据寄存器的数据传输。主机由HCNTL0/1线来选择HPI的某个控制寄存器，如表1所列。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。

表1 HCNTL0/1的选择功能描述

HCNTL1	HCNTL0	说        明
0	0	主机读/写HPI控制寄存器--HPIC。
0	1	主机以地址自动增的模式读/写HPI数据锁存器--HPID。若为读操作，则HPI地址寄存器HPIA自动读后增1；若为写操作，则HPIA自动写后增1。
1	0	主机读/写HPI地址寄存器--HPIA，该地址指向C54X的片内RAM。
1	1	主机读/写HPI数据锁存器--HPID，HPIA不变。

由于DSP最小的存储单位是字（16bit），因此对于HPI8，每个传递必须要有2个传递周期才能完成。HBIL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。

2.3 时序图

C54X HPI8的时序如图1所示，该时序可满足市场上大多数微控制器的时序特片。因此，C54X可以通过HPI8很方便地与微控制器接口，S3C44B0X也不例外。

3 S3C44B0X与C54X DSP的接口设计

3.1 硬件连线

TMS320C5416与S3C44B0X连接的接口电路如图2所示。由图2可见，C54X通过HPI8与主机设备相连时，除了8位HPI数据总线及控制信号线外，不需要附加其它的逻辑电路，非常方便。

从HPI寄存器的编址方式可以看出，主机只需两根地址线（A3、A2）便可寻址到HPI接口的所有控制寄存器、地址寄存器和数据寄存器。同时，将HPI8接口安排在S3C44B0X的BANK2（即地址范围0X04000000～0X05FFFFFF），而且S3C44B0X具有内部译码器，直接产生片选信号nGCS2。由于C54X HPI8是一个8位的并行端口，而C5416的内部结构为16位，因而主机必须读/写两个连续的8位字节，而且主机还应该提供HBIL信号指示当然传输的是第一字节还是第二字节。在S3C44B0X中，可以直接使用址线A1来完成此功能：当向A1=0的地址写入数据时，表示为第一字节；向A1=1的地址写入数据表示第二字节。

另外，还有几个关键的控制信号线需要连接。一个就是HR/W信号，由于S3C44B0X没有此信号，使用地址线A4来代替。当A4=1时，代表读操作，反之为写操作。在HPI8的操作中，所有的地址线和控制线在HDS1/2的下降沿采样，用S3C44B0X的读/写信号nOE和nWE来完成此功能。

由于S3C44B0X和C5416 HPI接口的控制逻辑不尽相同，需要使用其它的一些信号线来进行模拟，此时要严格遵循HPI的读写时序（如图1所示）。

3.2 软件设计

由于主机接口（HPI）传送8位数据字节，而HPIC寄存器（通常是S3C44B0X首先要寻址的寄存器）是一个16位寄存器，在S3C44B0X这一边可以相同内容的高字节与低字节来管理HPIC寄存器（尽管某些位的寻址受到一定的限制），在C54X这一边高位不用。
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