本文所介紹的是我所正在研制的衛(wèi)星CDMA接收機(jī)末端DSP與微機(jī)串口通信的接口電路。由于CDMA接收機(jī)支持兩個(gè)獨(dú)立CDMA信道的接收,并將兩路解調(diào)后的數(shù)據(jù)分別經(jīng)串口送至不同的計(jì)算機(jī)做后續(xù)的處理,故接收機(jī)需要帶兩個(gè)RS232接口。

微機(jī)的異步串口與DSP處理器通信的方法通常有三種,第一種方法是采用異步通信芯片擴(kuò)展串口,如用TI公司的TL16C550完成數(shù)據(jù)的串/并、并/串變換。由于TL16C550提供了豐富的控制管腳和應(yīng)答信號(hào),對(duì)其只需設(shè)置一些寄存器就可進(jìn)行靈活的控制,故編程比較簡(jiǎn)單,但對(duì)其數(shù)據(jù)的讀取或?qū)懭雱t需要用到DSP的數(shù)據(jù)總線。第二種方法是將DSP的I/O口XF和,或者將DSP的McBSP口用軟件模擬成異步串口。用這種方法,雖然DSP與微機(jī)串口之間無(wú)需串/并變換器件,硬件構(gòu)成十分簡(jiǎn)單,但DSP的編程比較復(fù)雜,用I/O口線模擬串口需要占用兩個(gè)定時(shí)器資源,并且只有在DSP操作不繁忙的情況下這種方法才可行。第三種方法是用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的串/并、并/串轉(zhuǎn)換。與第一種方法相比較,這種方法增加了對(duì)單片機(jī)的編程,但單片機(jī)可以作為控制器操作DSP的HPI口,對(duì)DSP存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)收發(fā)可完全由單片機(jī)發(fā)起,DSP幾乎無(wú)需作任何操作,也無(wú)需用到數(shù)據(jù)總線。在DSP處理過(guò)程復(fù)雜、運(yùn)算量大的情況下,這種方法特別有用。

在本系統(tǒng)中,我們采用的DSP處理器是高性能、低功耗的TMS320VC5402,用以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的MAC層控制和數(shù)據(jù)的編、解碼工作,處理器的工作量很大。另外DSP數(shù)據(jù)總線需要與作為基帶處理器的FPGA芯片(APEXEP20K600E)交換數(shù)據(jù),為避免引入額外的控制邏輯實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)總線復(fù)用,采用單片機(jī)控制HPI口的方法實(shí)現(xiàn)DSP與雙串口的通信。考慮到FPGA芯片的存在及節(jié)省成本,沒(méi)有采用價(jià)格貴且需用高級(jí)仿真器開(kāi)發(fā)的雙串口單片機(jī)(如DS80C320),而是采用兩片AT89C2051,并借用物理層FPGA的冗余資源作為總線仲裁器來(lái)實(shí)現(xiàn)同樣的功能。

1TMS320VC5402 簡(jiǎn)介

　　TMS320VC5402是TI公司C54x系列定點(diǎn)DSP芯片中的新產(chǎn)品它集中了此系列早期產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，并提供了許多新的功能，開(kāi)發(fā)和使用更加方便。C5402具有靈活的指令系統(tǒng)和操作性能，它可選擇助記符指令或算術(shù)指令作為編程指令，同時(shí)支持匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的單獨(dú)或混合編程。C5402采用改進(jìn)的Harvanl處理結(jié)構(gòu)，指令流水線操作。計(jì)算和處理速度很高，系統(tǒng)單指令周期可達(dá)到10ns。在片內(nèi)提供16k的RAM用作程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，其最大可擴(kuò)展尋址空間為1M字節(jié)。C5402提供的McBSP串口和DAM數(shù)據(jù)傳送方式極大地方便它在通信領(lǐng)域的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)。C5402由于其高性能價(jià)格而成為當(dāng)前語(yǔ)言和靜態(tài)圖象處理和主流產(chǎn)品。

2 TMS320VC5402 HPI口結(jié)構(gòu)

HPI（主機(jī)接口）是主機(jī)與TMS320VC5402進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的8 bit并行數(shù)據(jù)口。該接口在TMS320VC5402芯片上，內(nèi)部有數(shù)據(jù)寄存器（HPID），控制寄存器（HPIC）及地址寄存器（HPIA）。HPI口可用8 bit數(shù)據(jù)線傳輸16 bit的數(shù)據(jù)，并可通過(guò)設(shè)置控制寄存器的相關(guān)位來(lái)控制高8位和低8位傳輸。HPI有兩種工作方式：一種是主機(jī)獨(dú)占模式 （HOM）； 另一種是主機(jī)和TMS320VC5402共享模式（SAM）。其中SAM是通用方式，二者都可尋址HPI存儲(chǔ)器（DARAM）。當(dāng)二者產(chǎn)生沖突時(shí)，主機(jī)具有較高的優(yōu)先權(quán)，而在TMS320VC5402插人一個(gè)等周期。通過(guò)HPI傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率是每5個(gè)CLKOUT時(shí)鐘周期傳輸1字節(jié)。

　　HPI通信主要是通過(guò)對(duì)HPIA、HPIC和HPID3個(gè)寄存器賦值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，HOST通過(guò)外部引腳HCNTL0和HCNTLl選中不同的寄存器后，就將當(dāng)前8位數(shù)據(jù)發(fā)送到該寄存器中了。由于HPIC是16位寄存器，而HPI口總是傳送8位數(shù)據(jù)寬度，所以用HOST向HPIC寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)，需要發(fā)送兩個(gè)一樣的8位數(shù)據(jù)。對(duì)TMS320VC5402來(lái)說(shuō)，僅低8位有意義。當(dāng)?shù)刂芳拇嫫鱄PIA選擇后，直接向它寫(xiě)數(shù)據(jù)就可以了，但是要注意MSB和LSB的順序。另外，HPIA具有自動(dòng)增長(zhǎng)的特性，即在每寫(xiě)入一個(gè)數(shù)據(jù)前和每讀一個(gè)數(shù)據(jù)后HPIA都會(huì)自動(dòng)加1。這樣，如果使用了該功能，只需設(shè)定一次HPIA即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)數(shù)據(jù)塊的寫(xiě)入和讀出，只是在實(shí)現(xiàn)時(shí)，數(shù)據(jù)應(yīng)首先從主機(jī)發(fā)到HPID中，然后再根據(jù)HPIA指定的地址把HPID中的數(shù)據(jù)再寫(xiě)到片內(nèi)RAM的地址中。

HPI接口還提供了中斷邏輯同主機(jī)進(jìn)行軟件握手。主機(jī)可通過(guò)對(duì)控制寄存器HPIC的第二位(DSPINT)置1中斷DSP芯片;DSP芯片可通過(guò)對(duì)HPIC的第三位(HINT)置1中斷主機(jī),此時(shí)HPI的引腳被置為低電平,從而向主機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求;主機(jī)還可設(shè)置HPIC的位HINT為1使腳回到高電平,從而清除中斷信號(hào)。

下面給出HPI口相關(guān)管腳說(shuō)明:

HD0～HD7是8位雙向數(shù)據(jù)線,與單片機(jī)P1口相連,用于交換數(shù)據(jù)。

HCNTL1/0的組合用于選擇主機(jī)所訪問(wèn)的HPI寄存器,00表明主機(jī)訪問(wèn)HPIC;10表明訪問(wèn)HPIA;01和11均表明訪問(wèn)HPID,但01還表明同時(shí)啟用HPIA自動(dòng)增長(zhǎng)的功能。

16bit數(shù)據(jù)傳送時(shí),HBIL為0表示傳送的是第一字節(jié),為1表明傳送的是第二字節(jié),其中高8位在第幾個(gè)字節(jié)由HPIC中的BOB位決定。

HPI提供兩種鎖存方式,一種是由(主機(jī)地址鎖存信號(hào))的下降沿鎖存各控制信號(hào);另一種是由后三者共同完成,任何一個(gè)的下降沿鎖存各控制信號(hào)。我們采用第二種方式,控制信號(hào)的鎖存由的低跳變來(lái)完成。該鎖存信號(hào)還指示了一次HPI口操作過(guò)程的開(kāi)始。

HRDY為HPI準(zhǔn)備好指示。

為DSP向主機(jī)發(fā)出中斷的引腳。

HPIENA為HPI使能控制信號(hào),高電平使能HPI操作。

3單片機(jī)的I/O口分配、連線和程序設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)I/O口分配

在本系統(tǒng)中,考慮到板子的面積,選擇了體積小的AT89C2051單片機(jī),并省去了P0和P2口,增加了一個(gè)精密的模擬比較器,P1.0和P1.1除了作為I/O口(需外部電阻上拉)外,還同時(shí)作為比較器的正負(fù)極輸入,而P3.6則專門(mén)用作比較器輸出。因此AT89C2051提供了15根雙向I/O口線,除去P3.0和P3.1用作異步串口和P1.0～P1.7用作與HPI口數(shù)據(jù)總線通信外,還有5根I/O口線可用。由于還需要控制HPI口的各控制信號(hào)和與DSP的握手信號(hào),剩下的5根I/O口線顯然不夠,所以還在FPGA里設(shè)計(jì)一鎖存器,把P1口用作控制/數(shù)據(jù)復(fù)用口。具體的I/O口信號(hào)分配如下:

P1.0～P1.7接HPI口的數(shù)據(jù)線HD0～HD7。當(dāng)作控制信號(hào)復(fù)用時(shí),

P1.0接FPGA內(nèi)鎖存器的鎖存信號(hào);

P1.1經(jīng)FPGA鎖存,控制HCNTL0;

P1.2經(jīng)FPGA鎖存,控制HCNTL1;

P1.3經(jīng)FPGA鎖存,控制HBIL;

P1.4經(jīng)FPGA鎖存,控制

P3.2接HPI的;

P3.3接HPI的XF;

P3.4接HPI的HRDY;

P3.5為單片機(jī)請(qǐng)求發(fā)送信號(hào),接FPGA的P3.5;

P3.7經(jīng)FPGA控制鎖存HPI的各控制信號(hào)

圖1給出了HPI接口與兩片AT89C2051之間的連接圖。