DSPHPI口与PC104总线接口的FPGA设计

摘 要 通过对TI公司TMS320C5000系列DSP HPI总线和PC104总线时序的分析，以VHDL语言为工具，使用Altera的FPGA芯片EP1K50，设计完成PCI04总线和DSP HPI总线之间的通信接口，并在一款以TMS320VC5409DSP为数据采集处理器、研华嵌入式工控主板PCM-5825为系统主板组成的嵌入式数据采集系统申得到了运用；给出与整个接口设计相关的VHDL源代码和在PCM-5825上验证接口设计的X86汇编语言程序。
关键词 DSP HPI PC104总线 FPGA VHDL源代码 在一款嵌入式数据采集系统的设计中，采用TMS320VC5409 DSP作为对多路信号的采集与预处理，处理后的数据送至12.7 Cm(5in)的工控计算机中进行分析与保存。因为工控机的总线为PC104，因此需要设计PC104与DSP之间的通信接口。系统中以Altera公司的一片FPGA芯片EPlK50来对该接口和数据采集过程中的逻辑控制与FIFO进行设计。下面主要阐述该通信接口的设计。1 DSP的HP0接口
TMS320VC5409 DSP的HPI是一个8位的并行接口，主要用来与主设备或主处理器接口。DSP内部有一定数量的双访问RAM，除了DSP本身可以访问该RAM区域外，主机也可以通过HPI口实现对双访问RAM的访问，从而实现主机与DSP的通信。

HPI接口通过HPI控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID等3个HPI寄存器进行控制和实现数据传输。这3个寄存器都是16位的，因此主机访问这些寄存器时需要分两次操作才能完成。

HPIC只有4位用于控制HPI的操作，这4位分别位于高字节和低字节的低4位，并规定HPIC的高低字节必须相同：
Bit0／8(BOB)一一用于字节顺序控制，BOB=1表示第1个字节为低字节，否则第1个字节为高字节；
Bitl／9(SMOD)一一访问模式控制，SMOD=l表示共享访问模式(SAM)，否则为主机访问模式(HOM)；
Bit2／10(DSPINT)一一主机通过将该位写l来向DSP发送1次HPI中断；
Bit3／11(H1NT)一一DSP通过向该位置l，使外部引脚HINT产生一个低电子作为给主机的中断，中断的清除必须由主机向该位写l来清除。

HPID是数据寄存器，主机通过读写该寄存器来实现对共享RAM的读写，RAM的地址则由HPIA地址寄存器的内容来决定。因此，主机对DSP的访问过程是，先往HPI地址寄存器HPIA写入欲访问的地址，然后再对数据寄存器HPID进行读或写访问。

HPI接口信号包括：
HAS一一输入，地址锁存信号，可连接到高电平；
HBIL一一输入，字节识别信号，用来识别传输的是高电平还是低电平；
HCNTL[1..0]一一输入，HPI寄存器的访问地址信号，主机用来选择访问的HPI寄存器。如表l所列； HCS一一输入，HPI片选信号，低电平有效；
HD[7..0]一一双向三态数据总线；
HDS1/HDS2一一数据输入选通信号，可将其中一个接低电平，另一个接逻辑控制；
HINT一一输出，给主机的中断信号，由HPIC寄存器的HINT位控制；
HRDY一一输出，HPI准备好，高电子有效；
HR／W一一输入，读写控制信号，高电子表示主机进行读操作，低电子表示主机进行写操作。
HPI的访问时序如图l所示。如前所述，访问寄存器时需要分两次操作才能完成。
2 PC104总线
PC104总线是从ISA总线衍生而来的，主要是为了适应嵌入式系统的需要。在8.89 cm(3.5 in)和12.7cm(5in)工控主板中，大多使用PC104总线作为标准接口总线。PC104总线共有104根引脚，其中绝大多数与ISA总线信号特性完全一致，只有极个别的信号有区别，因此在应用中完全可以按ISA总线使用。PC104总线与ISA总线一样，是一个16位和8位同时兼容的总线。在本系统中，使用的是8位的方式，将DSP的HPI口作为PC104总线的8位I／O设备。PC104总线的I／O访问时序如图2和图3所示。 根据PC104总线的I／O访问时序，只需使用以下的总线信号，即可完成8位总线的通信设计：
SD[7．．0]一一PC104数据总线；
SA[9..0]一一PC104地址总线；
IOW一一PC104端口写控制，低电平有效，表示对I／0口写操作，由OUT指令执行；
IOR一PC104端口读控制，低电子有效，表示对I／O口读操作，由IN指令执行；
SYSCLK一一PC104总线时钟；
ALE一一地址锁存信号，在此不用作地址锁存，而是用作总线周期的开始同步，它的下降沿表示总线周期开始；
IOCHRDY一一I／0设备就绪信号，当将该电平为低(无效状态)时，表示I／0设备要延长总线周期，信号由三态门或集电极开路门驱动；