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MPC8272总线与DSP HPI总线接口的FPGA实现
论文关键词： DSP HPI MPC8272 FPGA VHDL源代码
论文摘要：通过对TI公司TMS320C6421 DSP HPI接口信号和接口总线时序的分析，以VHDL语言为工具，使用Altera的FPGA芯片EP3C40F780C8，设计完成MPC8272总线和TMS320C6421 DSP HPI总线之间的通信接口，并在实际的产品中得到运用，给出与整个接口设计相关的VHDL源代码。对于类似的DSP HPI接口设计，此文章具有参考和指导意义。
一、HPI概述
HPI(Host-Port Interface)主机接口，是TI高性能DSP上配置的与主机进行通信的片内外设。通过HPI接口，主机可以非常方便地访问DSP的所有地址空间，从而实现对DSP的控制。
TMS320C6421的HPI接口是一个16bit宽的并行端口。主机(host)对CPU地址空间的访问是通过EDMA控制器实现的。 HPI接口的访问主要通过三个专用寄存器来实现，它们分别是HPI控制寄存器(HPIC)、HPI地址寄存器(HPIA)和HPI数据寄存器(HPID)。
二、HPI接口信号简介
(1) HD[15∶0](数据总线)
(2) HCNTL[1∶0](控制HPI访问类型)
如前所述，对HPI的访问需要通过三个寄存器，即HPI地址寄存器(HPIA)，HPI数据寄存器(HPID)和HPI控制寄存器(HPIC)来实现。HCNTL[1∶0]就是用于选择这三个寄存器的专用引脚。
(3) HHWIL (半字指示选择)
HHWIL指示当前的为第一个或是第二个半字传输，但需要注意的是，它并不代表是最高有效的(most significant)还是最低有效的(least significant)，而决定的依据是HPIC中的HWOB位的状态。对于第一个半字，HHWIL必须被驱动为低电平；对于第二个半字，HHWIL必须被驱动为高电平。
(4) HR/W (读/写操作指示)
HR/W为高电平，表示从HPI接口读；HR/W为低电平，表示向HPI接口写。
(5) HRDY (输出准备好)
(6) HCS,HDS1,HDS2(选通信号)
当HCS有效，并且HDS1和HDS2中仅有一个有效时，内部触发信号HSTROBE有效。这三个信号的组合逻辑其实就是片选和读/写信号构成的组合逻辑，因此，可直接与主机的片选和读/写信号相连。如下图所示：
(7) HAS (地址输入选通)
在TMS320C6421 HPI接口中目前没有用，连接到逻辑高电平。
(8) HINT(向主机输出的中断)
三、HPI接口寄存器简介
如上所述，主机通过HPI接口对DSP的访问实际上是通过三个寄存器来实现的，下面就针对这三个专用寄存器进行介绍。
(1)HPI控制寄存器(HPIC)
HPIC中每一位都有特定的功能，在对HPI进行访问的过程中需要特别注意。简要介绍一下这些功能位的作用。
①HWOB(半字顺序位)
如果HWOB=1，第一个半字为最低有效；如果HWOB=0，第一个半字为最高有效。HWOB对地址和数据都起作用，如果采用HPI16模式，在访问数据或者地址寄存器之前，应该首先初始化HWOB位。
②DSPINT(主机产生的Processor-to-CPU中断，用于HPI启动方式中将DSP内核从复位状态中唤醒)
③HINT(DSP-to-Host中断，即通过向此位写入特定值来产生对主机的中断)
(2) HPI地址寄存器(HPIA)
存放32bit数据，指向将要访问的DSP地址空间中的地址。
(3) HPI数据寄存器(HPID)
在写操作中存放将要写入HPIA所指向地址的数据，在读操作中为HPIA所指向地址中的数据。
四、HPI接口读写时序
⑴HPI接口读时序
⑵HPI接口写时序
五、HPI接口硬件设计
从C6421 HPI寄存器的编址方式可以看出，主机需两根地址线寻址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和数据寄存器，因此选择主机的地址线A29、A28连接C6421 HPI的HCNTL1、HCNTL0。选择主机的地址线A30连接到C6421 HPI的HHWIL，作为半字指示选择。HPI的选通由HCS、HDS1、HDS2三根信号线共同作用，最后的HPI使能信号(STROBE)为HDS1异或HDS2后，再与HCS进行与非运算的结果。HCS、HDS1、HDS2信号由FPGA产生。TA为MPC8272传输结束标识，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU发送TA，保证HPI数据正确读出。C6416 HPI的HINT信号可以直接连接到主机的IRQ引脚上实现HPI对主机的中断信号连接，也可通过FPGA连接到主机，使控制更灵活。
六、地址空间分配
由于C6421为16位的HPI口，其内部总线为32位，所以每次读写要分两次，一次为高16位，一次为低16位，由HHWIL来选择（0－First Half Word， 1－Second Half Word），设定HPIC.HWOB = 0(First Half Word ＝高16位， Second Half Word = 低16位)。C6421的HPI接口映射为MPC8272的4对地址空间，由MPC8272 CS3控制，配置CS3为16位宽的GPCM访问模式，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地址由当前的HPIA决定。
HPID_Auto: 0x0D000008(高16位), 0x0D00000A(低16位) C6421地址自动加1。
七、HPI接口相关VHDL代码
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功能很强大，C6421 HPI接口相对于MPC8272来说为慢速外部设备，TA为MPC8272传输结束标识，HPI口HRDY有效后FPGA向CPU发送TA，保证HPI数据正确读出。因此在VHDL程序中设计了状态机，当HRDY信号有效后就立即结束本次访问，否则经过一段时间的延迟后强制结束本次访问，这样可以避免接口长时间占用总线，影响系统性能。
八、结束语
本文使用VHDL语言和FPGA，设计了MPC8272与DSP之间的HPI接口。之所以使用FPGA，是因为在系统中FPGA还包含有其他的功能设计。如果只有MPC8272与DSP之间的HPI接口设计，使用CPLD即可完成，而不必浪费FPGA的资源。
参考文献：
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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