基于USB2.0总线的TMS320VC5402 HPI自举的实现方案

TMS320VC5402是 TI公司的一种16位数字信号处理器，以其独有的低功耗和高性价比，受到用户的欢迎。C54x操作灵活及运行速度高;使用改进的哈佛结构，具有专用硬件逻辑的CPU、片内存储器和外设接口，以及高度专业化的指令集。而且， C54系列DSP与主机连接通过HPI(Host Port Interface)接口，以逻辑电路设计简单、不需要额外的存储器和程序更新方便优点，可以应用灵活多样的引导加载模式以实现接口和处理功能开发。

HPI口是C54x DSP系列芯片内部的并行接口部件，用于与其他总线或CPU主机之间进行连接通信，主机是HPI口的主控者，通过专用地址和数据寄存器、HPI控制寄存器以及外部数据和接口控制信号与HPI口通信。

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。

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.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,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。

硬件设计原理

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，如置位则进行HIP自举,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。

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，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，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。