摘要：以PC機作為主機，通過PC的ISA總線與DSP的HPI主機并口連接作為傳輸通道，實現(xiàn)對PC機ISA插卡上的DSP芯片TMS320VC5402進行實時在線程序裝載。

關(guān)鍵詞：DSP HPI主機并口 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。當前許多廠家所生產(chǎn)的DSP芯片中都集成了主機并行接口，利用主機并口可以完成主機和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。而主機并口在完成主機與DSP進行數(shù)據(jù)交換的同時，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，實際上是一種主從模式的應(yīng)用，即把PC機作為主機，DSP芯片作為從機。這時采用主機并口通過PC機的系統(tǒng)總線來完成程序的裝載就成了一種既經(jīng)濟實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(主機并行接口)裝載，并給出了軟硬件開發(fā)的實例。

二、硬件設(shè)計

1．VC5402的HPI程序裝載過程

VC5402內(nèi)部具有4K16位字的ROM，當系統(tǒng)上電復位后，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)行復位向量段的程序。該段程序是廠家在出廠時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)特定的標志字的有無等廠家已經(jīng)定義好的方式來識別的。值得注意的是，VC5402的HPI裝載方式與C54X系列的其它型號稍有不同。其不同有以下兩點：

⑴ VC5402的HPI裝載過程是在復位過程(Reset)以后完成的，不是在復位過程中完成的。

⑵ /INT2標志位不是判斷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機的ISA總線作為主機（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1 ISA總線與VC5402的HPI接口電路

2．硬件實現(xiàn)

實現(xiàn)ISA總線與VC5402的HPI硬件接口比較簡單，需要注意的一點就是VC5402與ISA總線需要電平轉(zhuǎn)換。由于ISA總線電平是5V TTL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。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VC5402進行實時的程序裝載，那么VC5402的復位就不能用簡單的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的復位過程。圖中，我們把/HINT和/INT2連在一起，是因為VC5402在運行Bootloader時會自動在/HINT引腳輸出一個低電平，這樣會使VC5402在復位結(jié)束后馬上能識別到當前的裝載模式為HPI模式，而忽略對其它模式的循環(huán)搜索。電路設(shè)計時需要注意對VC5402的HPI相關(guān)控制引腳的接法。對于控制引腳，采用不同的HOST時，接法也會有所不同。這里需要了解一下HPI主機并口工作的時序,時序圖見圖二。圖中的/HCS信號是HPI使能輸入信號，當使用HPI時，/HCS信號必須接地。/HAS是HPI的地址鎖存輸入信號，這個信號在地址總線與數(shù)據(jù)總線分時復用的處理器（例如8031）作為HOST時作為地址鎖存信號來使用；對于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是兩個數(shù)據(jù)鎖存信號，事實上使用其中的一個就可以了，而另一個則必須接3.3V。本例子中使用了/HDS1,而/HDS2接了3.3V。應(yīng)該指出，當不使用/HAS信號時，/HDS1和/HDS2兩個輸入信號也具有地址鎖存作用，在它們的下降沿時刻,VC5402的HPI鎖存HCNTL0、HCNTL1、HBIL和HR/W四個控制輸入信號的值。通過這四個信號的值，VC5402可以確定當前是對那個寄存器進行操作、是讀操作還是寫操作、是對16位字長的高八位還是低八位進行傳輸，因此電路設(shè)計時必須確保在/HDS1或/HDS2下降沿時上述四個控制信號具有正確的邏輯電平，否則整個程序裝載過程將會失敗。

圖2 HPI操作時序圖

由于VC5402內(nèi)部是16位的數(shù)據(jù)總線，而其HPI主機并口卻是一個8位的數(shù)據(jù)總線,所以通過HPI與HOST進行一個16位字的數(shù)據(jù)交換需要分兩次來完成，HBIL信號來指出當前是第一個字節(jié)還是第二個字節(jié)。HR/W輸入信號來指出當前HOST的數(shù)據(jù)傳輸方向，由于這里只是對VC5402進行程序裝載，即HOST只對HPI進行寫操作，所以把HR/W接地。至于HCNTL0、HCNTL1兩個輸入控制信號的作用，這里不妨簡述如下：

HOST通過HPI與VC5402進行數(shù)據(jù)交換時，實際上只是對VC5402的三個寄存器進行訪問，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對這三個寄存器的尋址，是通過輸入信號線HCNTL0和HCNTL1來完成的，具體過程如下表一。實際應(yīng)用中通常是把HCNTL0、HCNTL1連同HBIL接到HOST的地址線上。

表一 HPI主機并口的地址分配

電路中用一片GAL16V8來完成PC的I/O地址譯碼。下面來對VC5402進行I/O資源分配。分配情況見表二。根據(jù)資源分配，對照圖一所示電原理圖，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VC5402復位譯碼

/IO1=/IOW ；送/HDS1進行數(shù)據(jù)鎖存

/IO6=A9*/A8*/A7*/A6*A5*A4*A3*AEN ；HPI地址選通

為了防止74LVC245高阻輸出時的不穩(wěn)定對/HDS1造成誤操作，使用10KΩ的電阻對/HDS1進行上拉是必要的。

表二 PC對VC5402的I/O資源分配

三、軟件設(shè)計

1．軟件開發(fā)步驟

基于ISA總線實現(xiàn)對VC5402的軟配置，軟件的關(guān)鍵在于HOST方軟件的編寫，至于VC5402的運行程序的編寫當然不在討論的范疇。HOST方軟件所要完成的任務(wù)就是把VC5402的運行程序按照編程者事先指定好的地址進行定位裝載然后運行。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方軟件用下面四個步驟來概括：

⑴生成* .OUT形式的公用目標文件（COFF）。

當在TI公司的C54X集成開發(fā)環(huán)境CCS 5000 下進行C54X系列的程序開發(fā)時，都會經(jīng)過編譯，鏈接最后生成*.OUT文件。

⑵對*.OUT文件進行提取，從中篩選出對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程序在允許的地址范圍內(nèi)靈活地安排。正因為如此，*.OUT文件還不是一個完完全全的可執(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，程序是不會被正常執(zhí)行的。這時必須要對*.OUT進行輔助信息與可執(zhí)行代碼的提取與分離。完成這個任務(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。這個程序可以在TI的網(wǎng)站上免費下載，空間為120K。利用該程序?qū)?.OUT文件進行操作最后生成第三步所需的*.OUT.C的文件。

⑶把經(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段，每個段的大小，段的起始地址以及每個段的16進制代碼。有了這個文件，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進制代碼通過HPI寫入VC5402內(nèi)部。

⑷把程序執(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VC5402檢測到0X007F單元內(nèi)的值為非0值時，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，至此整個裝載過程結(jié)束。

2．軟件開發(fā)實例

結(jié)合圖一的硬件電路，對照軟件開發(fā)的每一個步驟，我們給出了一個簡單的軟件開發(fā)的例子，意在使對此感興趣的讀者能夠通過此例，真正明白用HPI進行VC5402裝載的全過程。圖一中VC5402的XF輸出引腳接了一個發(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行：

⑴編寫example.asm 和example.cmd 文件，用CCS 5000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。

⑵把Coff_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 -out example.out 。這時就會生成example.out.c格式的文件。該文件的形式見圖三。這個程序只有一段程序，即.text段，這段程序一共由41個字組成，該程序段需要裝載到開始地址為0X0080開始的內(nèi)部RAM中去運行。而這41個字的16進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主機軟件，需要用戶自己來編寫，可以采用VC或VB調(diào)用驅(qū)動程序來完成，也可以通過TURB0 C 2.0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主機軟件的流程圖見圖四。為了便于讀者編程驗證，我們用TURBO C 2.0編寫了名為HOST_HPI.C的主機程序，讀者可以運行該程序來讀取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: imyprojectsexample.out.c后，HOST_HPI.exe將完成HOST裝載VC5402的任務(wù)，如果看到發(fā)光二級管不停的閃爍，表明VC5402已經(jīng)開始正常運行程序了。至此，整個裝載過程完畢。

3. HOST_HPI.C源程序

/*HOST_HPI.C*/

#include"stdio.h"

#include"dos.h"

#define SIZE 100

main()

{

FILE *fp;

Unsigned int DSP_RES,HPIC_H,HPIC_L;

Unsigned int HPIA_H,HPIA_L,HPID_H,HPID_L;

char *a,ch,filename;

unsigned int i,j,length,addr,start[10],*data;

printf("Please input the name file:");

scanf("%s",filename); /*輸入程序文件名*/

if((fp=fopen(filename,"r"))==NULL) /*打開程序文件*/

{

printf("cannot open file:");

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復位（DSP_RES寄存器置00H）*/

delay(2000); /*延時以保證DSP準確的復位*/

outportb(DSP_RES,0x01); /*DSP跳出復位（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;jlength;j++)

fscanf(fp,"%x,",data+j);

start[i]=addr; /*保存程序開始地址*/

for(j=0;jlength;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,addr0x00ff);

/*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;j4;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("Write data to DSP success!"); /*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VC5402進行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進行DSP程序裝載的方法，它不用對程序存儲器進行燒寫，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。