基于USB2.0的TMS320VC5402 HPI自举

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。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。



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。

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，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。