DSPHPI口與PC104總線接口的FPGA設計

摘 要 通過對TI公司TMS320C5000系列DSP HPI總線和PC104總線時序的分析，以VHDL語言為工具，使用Altera的FPGA芯片EP1K50，設計完成PCI04總線和DSP HPI總線之間的通信接口，并在一款以TMS320VC5409DSP為數據采集處理器、研華嵌入式工控主板PCM-5825為系統(tǒng)主板組成的嵌入式數據采集系統(tǒng)申得到了運用；給出與整個接口設計相關的VHDL源代碼和在PCM-5825上驗證接口設計的X86匯編語言程序。
關鍵詞 DSP HPI PC104總線 FPGA VHDL源代碼 在一款嵌入式數據采集系統(tǒng)的設計中，采用TMS320VC5409 DSP作為對多路信號的采集與預處理，處理后的數據送至12.7 Cm(5in)的工控計算機中進行分析與保存。因為工控機的總線為PC104，因此需要設計PC104與DSP之間的通信接口。系統(tǒng)中以Altera公司的一片FPGA芯片EPlK50來對該接口和數據采集過程中的邏輯控制與FIFO進行設計。下面主要闡述該通信接口的設計。1 DSP的HP0接口
TMS320VC5409 DSP的HPI是一個8位的并行接口，主要用來與主設備或主處理器接口。DSP內部有一定數量的雙訪問RAM，除了DSP本身可以訪問該RAM區(qū)域外，主機也可以通過HPI口實現對雙訪問RAM的訪問，從而實現主機與DSP的通信。

HPI接口通過HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、數據寄存器HPID等3個HPI寄存器進行控制和實現數據傳輸。這3個寄存器都是16位的，因此主機訪問這些寄存器時需要分兩次操作才能完成。

HPIC只有4位用于控制HPI的操作，這4位分別位于高字節(jié)和低字節(jié)的低4位，并規(guī)定HPIC的高低字節(jié)必須相同：
Bit0／8(BOB)一一用于字節(jié)順序控制，BOB=1表示第1個字節(jié)為低字節(jié)，否則第1個字節(jié)為高字節(jié)；
Bitl／9(SMOD)一一訪問模式控制，SMOD=l表示共享訪問模式(SAM)，否則為主機訪問模式(HOM)；
Bit2／10(DSPINT)一一主機通過將該位寫l來向DSP發(fā)送1次HPI中斷；
Bit3／11(H1NT)一一DSP通過向該位置l，使外部引腳HINT產生一個低電子作為給主機的中斷，中斷的清除必須由主機向該位寫l來清除。

HPID是數據寄存器，主機通過讀寫該寄存器來實現對共享RAM的讀寫，RAM的地址則由HPIA地址寄存器的內容來決定。因此，主機對DSP的訪問過程是，先往HPI地址寄存器HPIA寫入欲訪問的地址，然后再對數據寄存器HPID進行讀或寫訪問。

HPI接口信號包括：
HAS一一輸入，地址鎖存信號，可連接到高電平；
HBIL一一輸入，字節(jié)識別信號，用來識別傳輸的是高電平還是低電平；
HCNTL[1..0]一一輸入，HPI寄存器的訪問地址信號，主機用來選擇訪問的HPI寄存器。如表l所列； HCS一一輸入，HPI片選信號，低電平有效；
HD[7..0]一一雙向三態(tài)數據總線；
HDS1/HDS2一一數據輸入選通信號，可將其中一個接低電平，另一個接邏輯控制；
HINT一一輸出，給主機的中斷信號，由HPIC寄存器的HINT位控制；
HRDY一一輸出，HPI準備好，高電子有效；
HR／W一一輸入，讀寫控制信號，高電子表示主機進行讀操作，低電子表示主機進行寫操作。
HPI的訪問時序如圖l所示。如前所述，訪問寄存器時需要分兩次操作才能完成。
2 PC104總線
PC104總線是從ISA總線衍生而來的，主要是為了適應嵌入式系統(tǒng)的需要。在8.89 cm(3.5 in)和12.7cm(5in)工控主板中，大多使用PC104總線作為標準接口總線。PC104總線共有104根引腳，其中絕大多數與ISA總線信號特性完全一致，只有極個別的信號有區(qū)別，因此在應用中完全可以按ISA總線使用。PC104總線與ISA總線一樣，是一個16位和8位同時兼容的總線。在本系統(tǒng)中，使用的是8位的方式，將DSP的HPI口作為PC104總線的8位I／O設備。PC104總線的I／O訪問時序如圖2和圖3所示。 根據PC104總線的I／O訪問時序，只需使用以下的總線信號，即可完成8位總線的通信設計：
SD[7．．0]一一PC104數據總線；
SA[9..0]一一PC104地址總線；
IOW一一PC104端口寫控制，低電平有效，表示對I／0口寫操作，由OUT指令執(zhí)行；
IOR一PC104端口讀控制，低電子有效，表示對I／O口讀操作，由IN指令執(zhí)行；
SYSCLK一一PC104總線時鐘；
ALE一一地址鎖存信號，在此不用作地址鎖存，而是用作總線周期的開始同步，它的下降沿表示總線周期開始；
IOCHRDY一一I／0設備就緒信號，當將該電平為低(無效狀態(tài))時，表示I／0設備要延長總線周期，信號由三態(tài)門或集電極開路門驅動；