基于USB2.0总线的TMS320VC5402 HPI自举的实现

引言

当前，dsp（digital signal processor）芯片已经广泛应用于通信、信号处理、雷达、图像处理等多个领域，其强大、高效的运算能力，是其他微处理器无法比拟的。为充分发挥dsp运算高效的优势，用户程序通常在dsp内部ram中运行，这就需要利用dsp的自举引导（boot loader）功能。在dsp多机系统中，hpi自举是首选。目前，采用hpi自举的实例主要有两种，一种是用单片机作为主控制器，通过pc机串口或者外挂的存储器得到要下载的dsp用户程序数据，这种方案无法实现系统与pc机之间数据的实时高速传输；另一种是用pc机并口里控制dsp hpi接口，从而把程序写入dsp 的内部ram，该方案无法满足嵌入式系统的即插即用要求。

usb接口具有即插即用，速度快（最高可达480mbps）等特点，可成为pc机的外围设备扩展中应用日益广泛的接口标准，基于usb总线对dsp实现hpi自举，可以降低成本，也便于dsp与pc机的高速数据通信，鉴于此种考虑，本文介绍一种利用usb2.0接口控制芯片（cy7c68013－56pvc）实现tms320vc5402自举的实现方案。

芯片介绍

usb2.0芯片及其gpif简介

本方案采用的usb2.0接口控制芯片是cvpress公司的cy7c6801356pvc，该系列芯片是世界上第一款支持usb2.0的集成微控制器芯片，它集成有usb2.0收发器、智能串行接口引擎（sie）、增强的8051微处理器，通用可编程接口（gpif）、片上ram和fifo存储器[1]。该系列芯片的智能引擎也支持usb1.1协议，因此，它具有很好兼容性。

cy7c68013与外设有主/从两种接口方式：可编程接口gpif和slave fifo，可编程接口gpif是一个微状态机[2]，可由软件编写读写控制时序，也可以作为usb fifo的主控制器与dsp进行无缝连接，gpif可工作在自动模式，usb总线和gpif接口域直接进行数据传输，无需8051内核直接参入，以此解决usb2.0高速传输的“瓶颈”问题，gpif与8051内核关系如图1所示。

dsp芯片及其hpi简介

tms320vc5402是ti公司的一款性价比极高的低功耗定点数字信号处理器（dsp），该芯片的主机接口（hpi，host port interface）被称为hpi－8。这种hpi－8接口的最大特点是它允许主机访问dsp的整个片内空间。hpi接口通过hpi控制寄存器（hpic）、地址寄存器（hpia）数据寄存器（hpid）和hpi内存块来实现与主机的数据通信。主处理器对hpi的访问由内外两部分组成，其中外部主要为主处理与hpi寄存器交换数据，而内部则用于为hpi寄存器与dsp存储单元交换数据（由dma自动完成）。在进行数据地实时通信时，dsp与主机可以通过中断信号进行握手。其具体实现可通过设置hpic寄存器的hint、dspint位来对对方进行中断[3]。

硬件设计

设计原理

自举从本质上说就是dsp上电后，在bootloader引导下，获取应用程序并开始运行的过程，tms320vc5402上电以后，当mp/mc为低电平时，系统将从片内rom的off80h开始执行，此处的跳转指令使程序跳转至bootloader程序入口处（of800h处）。bootloader程序先清除ifr，并设置hpi入口点（0x7f）的值为0，置hint为低，再检测int2是否置位(置位可以通过将hint和int2相连来实现），如置位则进行hip自举[4]，具过程如图2所示。

dsp复位之后，如检测到hpi自举方式有效，就可以进行hpi自举引导，基于usb总线的hpi自举，就是在bootloader引导下，通过usb接口控制芯片把程序数据由主机（pc）写入dsp内部ram（daram）并使dsp开始运行的过程，该自举过程分为三个步骤：一是写hpic，以设置hpi控制参数；二是写hpia，设置访问dsp的首地址；三是通过hpid下载程序。

首先，推动ez－usb control panel下载cy7c68013的固件程序。当重枚举结束，驱动程序（ezusb.sis）重新安装成功后,在control panel中通过发送请求的方式由端点0向hpic（主要设置bob位，确定字节配合）发送两个相同的8位控制字，而当hpic初始化完成之后，再通过端点0设置欲下载程序段到dsp中的首地址hpia。hpic、hpia设置好之后，就可以通过端点2下载dsp程序代码段，程序代码段需要分段下载，实际上，cy7c68013通过端点2把数据写入hpid，然后，dsp按照hpia指定的地址，由dma自动将hpid中的数据写到ram，接口控制时序可由gpif软件编程控制，程序数据分段下载完毕之后，再将程序的入口地址通过端点0写入0x7f处，在主机下载程序的过程中，dsp将一直检测0x7f是否为0，如不为0，即判定dsp已由主机进行了hpi自举加载，并按照该值跳转pc指针，以开始运行，进而完成hpi自举。

硬件电路

本设计用cy7c68013－56pvc与tms320vc5402的hpi口相连接，接口选择gpif模式，硬件电路如图3所示，该方案中，hcntl[1：0]与gpif的低位地址线pa3、pa2相连，以选择需要访问的hpi的hpia、hpic，hpid寄存器，ctl0接至hr/w，可作为读写控制信号，hds1与输出信号线ctl1相连，以作为hpi访问的选通信号，hbil与输出信号线ctl2相连，已用于识别传输的是第一个字节还是第二个字节，hrdy接输入信号线rdy0。用于通过主机查询hpi口的状态，hint、int2与int0连接，可确保hpi自举有效，hcs接gnd，可使hpi片选信号有效，hpiena接高电平时，hpi使能，has、hds2接高电平时，信号线禁用。数据线pd[7：0]与hd[7：0]相连,可在控制时序作用下传输一切数据信号。hpi接口控制时序由ctl0、ctl1、ctl2引脚输出，在自举过程中，系统将关闭cy7c68013所有的中断，若要通过中断实现数据通信的握手，可以在自举完毕打开cy7c68013的中断。

cy7c68013的具体配置为：启用gpif接口控制数据传输，gpif接口采用内部时钟（48mhz）；端点2设置为批量传输输出端点，最大传输值是512字节，双缓冲；终端4、8禁用。端点6可作为批量传输输入端点来向主机传输数据，需要说明的是端点6不是自举所必需的。

软件设计

dsp应用程序设计

实现tms320vc5402 hpi自举的前提是生成dsp应用程序的分段hex代码文件，在ccs中可用汇编语言，c语言等编写应用程序源代码，经汇编、链接、编译后，生成可执行的公共目标文件格式（coff）的文件，coff文件不能用于hpi自举引导，而需要利用ti公司的文件格式转换工具hex00.exe，将coff文件转换为hex格式文件[5]。格式转换的关键是正确编写hex命令文件，下面讨论如何编写这种命令文件，例如将包含text段的源程序链接、编译生成test.out文件，编写命令文件时，可利用hex500.exe将test.out转换为对应text段的hex文件，命令文件test为.cmd如下：

－i 　　　　　//生成intel格式

test.out 　　//输入文件

roms

{

page 0：rom1：org＝0x2000，length＝0x2000，romwidth＝16，memwidth＝16，

files＝{test1.hex} 　　//text段的起始地址为0x2000

}　　　//如有多端就可增加多个rom sections

{text：paddr＝0x2000}　//如有多端就可增加多个部分

在dos环境下，利用hex500.exe转换命令文件test.cmd，就可得到test1.hex文件，通过cy7c68013把test1.hex文件写入dsp内部ram，再把程序的入口地址写入0x7f处，便可完成自举。

usb固件程序设计

cypress公司提供有usb的辅助开发工具：ez－usb control panel，gpif designer。通过gpif designer可以生成gpif波形图及相应的c源代码gpif.c。cypress公司同时提供了固件程序框架，因而可把gpif.c加入固件程序框架进行开发，从而提高开发效率。本方案中，固件程序设计的重点是对gpif的编程，以便生成符合hpi接口的时序的波形描述代码，以用于控制数据传输，hpi自举需要的gpif控制波形描述符为：单字节写（两种），fifo写。hpia、hpic的初始化需要单字节写控制时序，程序代码写入hpid需要fifo写控制时序，若要实现二者的数据通信，还需要单字节读、fifo读等控制波形描述符。

hpic、hpia的初始值是在ezusb control panel中通过制造商请求工具栏由ep0发送的，固件程序中还要有相应的请求处理程序，以完成具体的设置，如假定hpic请求类型的id为0xb6.hpic＝0x0101（bob位为1），则请求工具栏的具体参数应为：req＝0xb6，value＝0x0000，index＝0xbeef，length＝2，dir＝0，hex bytes＝0101，固件中应加入的请求处理程序为：

case 0xb6：

{epobcl＝0； 　　　　　　　　　//ep0使能

while（ep01stat＆bmep0bsy）； //等待epo数据接收完毕

while（！hpi_rdy）；　　　　　 //等待hpi处理完毕

ioa＝0x00；　　　　　　　　　　 //选择hpic寄存器

gpifwfselect＝0x1e； 　　　　　//选择写低字节的单字节写控制波形

while（！（gpiftrig＆0x80））

{；}

xgpifsgldatlx＝ep0buf[0]；　　 //写低字节数据

gpifwfselect＝0x4e； 　　　　　//选择写高字节的单字节写控制波形

while（！（gpiftrig＆0x80））

{；}

xgpifsgldatalx＝ep0buf[1]；　　//写高字节数据

break；}

设置程序下载的首地址（hpia值）的请求处理程序与设置hpic的程序基本相同，只需按照请求类型的id，来改变访问寄存器的地址即可，访问hpia时，hcntl[1：0]＝10b，即ioa＝0x08。

访问hpid下载程序数据时，可采用大端点ep2自动打包方式（autoin＝1），即将数据发送到端点后，自动传到fifo中,等待写hpid条件具备，再启动gpif，以将程序数据写入hpid，访问hpdi可采用地址自动增加模式（hcntl[1：0]＝01b），写数据前，地址自动加1，这样，数据便可以经过dsp内部dma自动写入内部ram，写hpid的程序如下：

if（gpiftrig＆0x80） 　//gpif接口是否处于空闲状态

{if（！（ep24fifoelgs＆0x02）） //自动向量是否可以访问ep2fifo中数据

{ioa＝0x04； //选择hpid寄存器，且访问时地址自动增加

while（！hpi_rdy）； 　//等待hpi处理完毕

syncdelay；

gpiftcb1＝ep2fifobch； //写入的字节数

syncdelay；

gpiftcb0＝ep2fifobcl；

syncdelay；

gpiftrig＝gpif_ep2；　 //启动写数据

syncdelay；

while（！（gpiftrig＆0x80） //等待写入完毕

{；}

syncdelay；}}

这样程序数据就可以分段通过端点2写入dsp内部ram，最后再把入口地址写入0x7f，以完成hpi自举，值得注意的是，采用此种方式访问hpid时，写入hpia的初值为程序入口的一个地址，例如，写test1.hex时，应设定hpia＝0x1fff。

为缩短开发周期，本设计采用开发包中通用驱动（ezusb.sys）和ezusb control panel进行开发、调试、也可以对通用驱动、控制面板的源程序在vc＋＋环境（需要ddk的支持）下进行二次开发，以便编译出开发者满意的驱动程序和上位机程序。

结束语

通过实践证明，基于usb2.0总线dsp hpi自举的方案是可行的，可以达到预期效果，该方案可以省掉外扩的eprom、flash及ram等程序存储器，故可节约成本，也便于dsp软件算法升级，而且符合嵌入式系统要求，有很好的应用前景，当然，该方案还有待进一步优化与增强，若要访问外部存储器，还需要编写二次引导程序，以便通过该程序把内部存储器中的数据编译到外部存储器，若需dsp与主机实时通信，则需要usb固件和dsp源程序中编写相应的中断服务程序。