HPI自举在TMS320VC5402芯片上的实现

PI-8的使用是通过对HPIA、HPIC和HPID三个寄存器赋值实现的。HPIA是地址寄存器，HPIC是控制寄存器，而HPID是数据寄存器。简单地说，HOST通过外部引脚HCNTL0和HCNTL1选中不同的寄存器，则当前发送8位数据就到该寄存器。在使用上，由于HPIC是16位寄存器，而HPI-8是8位的数据宽度，所以HOST向HPIC写数据时，需要发送两个一样的8位数据。而地址寄存器HPIA选择后，直接向它写数据就可以了，但是要注意MSB和LSB的顺序。另外，HPIA具有自动增长的功能，在每写入一个数据前和每写入一个数据后，HPIA会自动加1。这样，如果使能了该功能，只需设定一次HPIA即可实现连续数据块的写入和读出。数据寄存器HPLD，严格就应该叫做数据缓冲寄存器，因为最终数据是要写到片内RAM的。只是在实现上，数据首先从HOST发到HPID中，然后根据HPIA指定的地址，HPID中的数据再写到片内RAM的地址中。不过对用户而言，该过程是透明的。

3 使用HPI对DSP进行自举

HPI是作为多机数据交换而出现的，但是由于其功能特性，又产生一种新应用——使用HPI对DSP进行自举。实际上，TMS320VC5x系列DSP在片内固化的Bootloader程序中对HPI自举提供了全面的支持。笔者在VOIP系统的开发中，实现了使用HPI对DSP TMS320VC5402的自举，从而省掉了DSP的EPROM，使DSP只使用SRAM，提高了处理速度，并使HOST CPU具有更大的控制权，很适合多处理器系统。对于计算机插卡式的DSP系统，程序可以从PC机的硬盘上获取，从而减小了插卡版面空间占用，提高了处理速度。

在实现上，需要解决以下几个问题。

3.1 DSP片内固化的Bootloader程序对HPI自举的支持
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    自举从本质上说就是在DSP启动后通过某种方式获取运行代码并开始运行，这个过程是在固化在DSP片内的Bootloader程序辅助下完成的。在DSP上电以后，Bootloader程序按照一定的顺序依次检验何种自举方式可用，自举方式包括HPI方式、Serial EEPROM方式、标准Serial Port方式、Parallel方式和I/O方式。

Bootloader查询HPI方式是否可用是这样进行的：在启动以后，DSP片内0x7f地址的值被置为0，Bootloader不断检验0x7f地址处是否出现了可用的程序指针的跳转地址。当其发现该地址内的值不为0时，即判定为DSP已由外部HOST CPU进行了HPI自举程序加载，并按照该值跳转PC指针，开始运行，从而完成HPI方式自举

3.2 突破4K的空间限制

由于HPI-8的特性，HOST能够访问所有的片内RAM空间，对于TMS320VC5402来说，其片内RAM地址空间从0000H到3fffH，一共4K。这已经大大超过了标准HPI的2K的大小，但是对于大多数DSP应用程序来说，片内RAM除了放置程序代码以外，很可能还需要留出一部分供数据空间使用。实际上，大部分代码都可能放置在片外的程序空间，而这部分空间并不是HOST通过HPI-8所能够访问得到的。所以需要使用某种技术突破4K的片内RAM空间限制。由于DSP程序本身是能够访问到所有DSP程序、数据空间的，所以HOST可以首先放置一个体积不大于4K的程序到DSP内，再由该程序和HOST协作完成超出片内RAM的代码放置工作。

一般将上述的首先放入DSP的程序称为kernel程序，其功能比较简单，本身不超过4K，可以由HOST全部放入到TMS320VC5402的片内RAM中，并被启动。

基于此种思路的流程图如图1所示。

    3.3 程序代码的定位

编程序的时候使用符号作为地址，经编译、链接后，符号所表示的相对地址已经转化为绝对地址。要使程序能够正常运行，需要将程序代码写到指定的位置——绝对地址。在HOST→Kernel→DSP应用的HPI自举方式中，HOST和Kernel需先后完成Kernel代码和DSP应用程序代码的定位工作。

因此，在HOST CPU的外存储器中，至少需要保存DSP程序代码和相应的地址信息。这些数据在由自举程序写到DSP后，被拼接成正确的可执行代码、已初始化数据等，并被正确定位。一般来说，HOST CPU的外存储器中的DSP自举数据是HEX格式的。虽然HEX格式有很多种，但任何一种包含有地址等信息的16进制HEX格式文件都是适用的。

常见的HEX格式有ASCII、Intel、TI-Tagged等格式，如图2所示。

在各种HEX格式中，Intel格式相对来说比较适宜，因为在Intel格式的HEX文件中，代码被分为每行一个块，这种分块的最大长度固定，因此在DSP内预留的缓冲区的大小容易计算。Intel格式的HEX文件的格式为：BYTE1作为每块的起始标志，总是“：”；BYTE2-3表示该真中有效数据的长度，最长为32个BYTE。这种有效数据可能是程序代码，也可能是扩展地址信息；BYTE4-7表示该真内代码的起始地址；BYTE8-9是类型，00表示程序挖出，01表示结束，04表示扩展地址信息；BYTE10之后是代码，直到最后两个BYTE，表示校验位。校验位的值是该真中先前数据值和的补码。

根据选定的HEX格式，CPU首先按照该格式的定义对Kernel的HEX数据进行解释，获取各种信息后，CPU将其在TMS320VC5402片内RAM中组成可执行DSP程序。然后在CPU和kernel的共同作用下，对DSP应用程序的HEX数据进行解释，最后完成其在DSP中的拼接、定位并启动DSP应用程序——跳转到DSP应用程序的起始地址。
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4 系统软硬件设计与实现

4.1 系统框图

在笔者开发的VOIP系统中，使用了HPI对DSP（TMS320VC5402）进行自举的功能。其中相应部分的框图如图3所示。

对于PC机插卡的系统，该框图更可以省略掉HPI以右的部分，而直接使用PC机的CPU和硬盘作为相应的控制和只读存储器件。这样，仅需要为DSP配备RAM即可使其正常运行。

4.2 Kernel程序设计

按照前面所说，kernel程序的作用是用于突破MS320VC5402 4K片内RAM空间限制的中间程序，其功能无非就是按照和HOST CPU的某种约定，获取DSP程序代码和相应地址信息，在DSP所能够访问到的存储器空间（片内和片外）生成DSP程序代码。由于Kernel的功能比较少，故其可以做得非常小。其中关键的生成DSP程序代码部分的代码如下：

…

.bss addr,1 ；程序代码目的地址

.bss length,1 ;程序代码长度

.bss codedata,20 ；接收程序代码缓冲区

…

.text

START:

…

MOVE：

STM #addr,AR4 ；获取程序代码目的地址

LD *AR4，A

STM #codedata,AR3 ；获取程序代码

MVDM #length，AR5 ；获取程序代码长度

NOP

MAR *+AR5（#-1）

RPT *（AR5） ；定位

WRITA *AR3+

…

ENDLOAD：

B app_start ；启动

…

4.3 运行流程

按照前述的系统构成，首先将PC机上调试好的Kernel程序和DSP应用程序（一般为COFF格式）转换成HEX文件，并通过串口将这些文件存放到CPU的Flash中，在存放过程中应将HEX文件原样保存，以保留其中所有的信息。在系统启动后，CPU从Flash中获取Kernel的HEX数据，通过HPI将其在TMS320VC5402中组合出Kernel运行程序并启动。然后CPU从其Flash中获取DSP应用程序的HEX数据，通过HPI将其分块放入TMS320VC5402，并和已经开始运行的Kernel程序最终完成DSP引用程序的正确定位工作。最后启动DSP应用程序。

在实路中发现，虽然HPI的设计初衷是为了和低速8位机接口进行数据交换，但是HPI本身的工作速度非常高。通过HPI方式加载一段不小于130K的DSP应用程序代码所需要的时间不超过3秒钟。

TI系列DSP提供了如此丰富的应用方式，无疑给DSP系统开发者带来了极大的方便。

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