本文提出一種方案把數(shù)字信號處理部分從PC機(jī)軟件中分離出來交給DSP處理,，DSP處理完畢后再把數(shù)據(jù)交還PC機(jī)進(jìn)行管理,。這樣充分利用DSP對數(shù)字信號高速處理的優(yōu)勢，提高信號處理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性,。本文以TMS320VC5402 DSP為例,，給予說明。

　　1 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 PCI接口芯片PCI9052

　　PCI9052是一款面向低端應(yīng)用的高性能,、工作在目標(biāo)(從)模式的PCI接口芯片,，支持PCI 2.1總線規(guī)范。該芯片的局部總線可以通過編程設(shè)置為8/16/32位的(非)復(fù)用總線,，且局部總線時(shí)鐘與PCI總線時(shí)鐘相互獨(dú)立運(yùn)行,，便于高、低速設(shè)備的兼容,，并可支持相對慢的局部總線在PCI總線上的突發(fā)傳輸速率達(dá)到132 Mb/s,。同時(shí)，PCI9052提供5個本地地址空間和4個本地地址片選,，基址和地址范圍可由串行E2PROM編程設(shè)置,。選擇PCI9052作為PCI-DSP橋可以降低PCI總線開發(fā)的難度，增加系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性,。

　　1.2 DSP的HPI通信協(xié)議

　　TMS320VC5402 DSP具有8位的增強(qiáng)型HPI接口,，其專門用于DSP與其他總線或CPU進(jìn)行通信。主機(jī)是通過HPI控制寄存器(HPIC),，地址寄存器(HPIA),，數(shù)據(jù)寄存器(HPID)訪問DSP的片內(nèi)RAM，從而實(shí)現(xiàn)與DSP通信的,。DSP只能訪問HPIC,。HPI寄存器的選擇由HCNTL[1：0]腳在PCI總線地址有效期實(shí)現(xiàn),，說明如表1所示：

　　在主機(jī)訪問DSP片內(nèi)RAM過程中，主機(jī)首先根據(jù)訪問類型對HPIC寄存器進(jìn)行初始化操作,，然后再對HPIA寄存器進(jìn)行操作,，將要訪問存儲單元的地址寫入HPIA,，最后對HPID寄存器進(jìn)行讀寫操作,，此刻HPID寄存器的內(nèi)容為HPIA指定存儲器的內(nèi)容，這樣便實(shí)現(xiàn)主機(jī)和DSP的一次通信過程,。

　　1.3 DSP與PCI的接口設(shè)計(jì)

　　DSP與PCI的接口是實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)進(jìn)行通信的關(guān)鍵,。由于TMS320VC5402 DSP的HPI口是8位并口,，所以PCI9052局部總線設(shè)定為8位非復(fù)用總線模式，并將其LAD[7..0]與DSP的HD[7..0]連接,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線的連接,。接口電路如圖1所示,。在8位總線模式下,，LBE[1：0]分別對應(yīng)于地址的LA[1：0],，將LBE0與HBIL相連,，用于區(qū)分當(dāng)前傳輸?shù)氖堑?字節(jié)還是第2字節(jié),。LA[3：2]分別與HCNTL[1：0]相連,，用于選擇HPI寄存器。利用PCI9052芯片的讀寫控制信號LBE0#,，LBE1#,，LW/R,，LRDY#和部分地址信號LA[3：2]經(jīng)過CPLD進(jìn)行時(shí)序和邏輯轉(zhuǎn)換便可生成HPI口的控制信號HBIL,，HC-NTL0,，HCNTL1,，HDS1#，HR/W#,。HPIENA腳接“1”表示選用HPI模塊,。這樣PCI9052就可在地址有效期決定訪問哪個HPI寄存器，實(shí)現(xiàn)DSP與PCI的通信,。

　　1.4 系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)

　　如圖2所示系統(tǒng)電路主要由3部分組成：第一部分是PCI9052與PCI插槽間的信號連接電路,，包括地址數(shù)據(jù)復(fù)用信號AD[31：：0];總線命令信號C/BE[3：：0]#;接口控制信號FRAME#，TRDY#,，IRDY#,，STOP#;IDSEI#,，DEVSEL#,，錯誤報(bào)告信號PERR#,，SERR#;系統(tǒng)信號CLK,，RST#,。這些信號是局部總線設(shè)備保證與PCI總線正確通信的必要信號。第二部分是和串行E-2PROM的信號連接電路,，E2PROM內(nèi)存儲的是用于PCI加載的配置信息,，這些信息在PCI9052硬件復(fù)位時(shí)的正確加載是保證PCI局部總線設(shè)備正常工作的前提,。第三部分是PCI9052與DSP HPI接口的信號連接電路,，包括數(shù)據(jù)線,、地址線,、讀寫控制信號線,、中斷信號線等,。此外該系統(tǒng)還可根據(jù)DSP的其他功能擴(kuò)展相應(yīng)的外設(shè)電路。

　　2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

　　2.1 PC機(jī)與DSP通信驅(qū)動程序設(shè)計(jì)

　　PC機(jī)上應(yīng)用軟件不能直接對底層硬件進(jìn)行訪問,，為實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與DSP的通信還應(yīng)編寫設(shè)備驅(qū)動程序。WDM(Windows Driver Model)是NT3.51和NT4.0內(nèi)核模式設(shè)備驅(qū)動程序模型的擴(kuò)展形式,，是一種PnP驅(qū)動程序，能在Windows 98，Windows 2000和Windows XP間實(shí)現(xiàn)源代碼級兼容,。為了便于在多操作系統(tǒng)中均能應(yīng)用本系統(tǒng),，需編寫WDM驅(qū)動程序。

　　在PCI設(shè)備驅(qū)動程序中主要是完成PCI設(shè)備的內(nèi)存,、端口的讀寫功能和中斷處理功能,。若采用DDK開發(fā)，需要軟件人員對計(jì)算機(jī)底層知識熟悉,、開發(fā)難度大,、為簡化驅(qū)動程序的開發(fā)，可以使用NuMega推出的DriverStudio設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)工具包,。通過DriverStudio開發(fā)者很容易生成驅(qū)動程序框架,，同時(shí)，DriverStudio與VC++有很好的接口,。生成的驅(qū)動框架可以在Microsoft VC++6.0環(huán)境下添加驅(qū)動代完成驅(qū)動編寫,。驅(qū)動程序設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

(1)設(shè)備初始化

　　PCI設(shè)備的硬件資源由PCI配置機(jī)構(gòu)動態(tài)分配，由PCI設(shè)備實(shí)現(xiàn)PCI配置寄存器,，提出需要配置的硬件資源,，驅(qū)動程序只有獲取這些資源才能對硬件進(jìn)行操作。設(shè)備初始化環(huán)節(jié)使PCI設(shè)備驅(qū)動程序?qū)崿F(xiàn)識別PCI器件,，尋址PCI器件的資源,。如果m_MemoryRange0，m_IoPortRange1分別為KMemoryRange類,、KIoRange類的實(shí)例,，則初始化操作可通過調(diào)用其成員函數(shù)實(shí)現(xiàn)：

　　(2)端口操作

　　對于X86處理器I/O空間是一個64 B的尋址空間。當(dāng)初始化完畢后,，可直接調(diào)用KIoRange類成員函數(shù)對端口進(jìn)行操作,。如從端口讀/寫一個雙字?jǐn)?shù)據(jù)可調(diào)用成員函數(shù)ind()，Outd()實(shí)現(xiàn),。

　　(4)中斷操作

　　在本系統(tǒng)中的PCI中斷是由PCI設(shè)備發(fā)出的要求上位機(jī)接收數(shù)據(jù)的中斷請求,，中斷服務(wù)程序要完成的功能是上位機(jī)從DSP的片內(nèi)RAM中讀取數(shù)據(jù)。對硬件的中斷處理可通過調(diào)用KInterrupt類的相關(guān)成員函數(shù)實(shí)現(xiàn),。

　　此函數(shù)完成了初始化中斷類實(shí)例操作并實(shí)現(xiàn)了與中斷服務(wù)例程的連接,。驅(qū)動程序安裝好以后，在應(yīng)用程序中調(diào)用Create-File()函數(shù)打開設(shè)備,，通過調(diào)用API函數(shù)De-viceloControl就可實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與DSP之間的通信,。

    2.2 下位機(jī)軟件

　　下位機(jī)軟件為運(yùn)行在DSP內(nèi)的客戶端程序。該軟件主要功能是接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并按照用戶的要求進(jìn)行處理,，并把計(jì)算結(jié)果返回給上位機(jī)或根據(jù)計(jì)算結(jié)果驅(qū)動其他外設(shè)工作,。該軟件的核心部分為對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的算法,，應(yīng)按照數(shù)據(jù)處理的具體要求選用相應(yīng)的算法實(shí)現(xiàn)。軟件的設(shè)計(jì)思想是：在系統(tǒng)復(fù)位后,，首先對DSP進(jìn)行初始化設(shè)置,，如設(shè)置工作頻率為100 MHz，設(shè)置狀態(tài)寄存器ST0,，ST1,，設(shè)置軟件等待狀態(tài)寄存器等，以使DSP工作在最優(yōu)狀態(tài),。上位機(jī)在向下位機(jī)發(fā)送完畢數(shù)據(jù)后對DSP發(fā)出中斷請求,，DSP立刻響應(yīng)中斷，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序,，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,。當(dāng)數(shù)據(jù)處理完畢后，DSP再將數(shù)據(jù)的處理結(jié)果送還給上位機(jī),，結(jié)束本次中斷服務(wù),，程序返回到斷點(diǎn)處，直至下一次中斷的到來,。軟件流程圖如圖3所示,。

　　3 DSP系統(tǒng)的自舉加載(BootLoader)

　　DSP系統(tǒng)的自舉加載目的是使系統(tǒng)上電后程序代碼能從外部存儲介質(zhì)引導(dǎo)裝載到DSP內(nèi)部或外部程序存儲器中脫機(jī)運(yùn)行。自舉加載的實(shí)現(xiàn)方式常用的有外部并行自舉加載和HPI自舉加載兩種,。

　　由于主機(jī)可以通過HPI口訪問DSP的片內(nèi)RAM資源,，所以下位機(jī)程序可以在系統(tǒng)上電復(fù)位的時(shí)候通過上位機(jī)加載到DSP中。采用自舉加載模式,，在硬件上需要將DSP的INT2腳與HPI的中斷輸出HINT腳相連,，以保證在系統(tǒng)復(fù)位后選擇HPI加載模式，通信原理和前面講述的方法一致,。在加載過程中,，上位機(jī)首先將程序搬移到DSP的片內(nèi)RAM，然后再將程序的人口地址寫到DSP的數(shù)據(jù)空間007FH內(nèi),，DSP一旦監(jiān)測到007FH處的數(shù)據(jù)不再為0即判斷為代碼轉(zhuǎn)移完畢，并跳轉(zhuǎn)到007FH里存放的地址去執(zhí)行,，從而完成啟動,。采用HPI加載方式不僅免去了外接E2PROM或FLASH等掉電非易失性存儲器件，而且可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理要求不同載入不同的下位機(jī)程序,，從而簡化了硬件結(jié)構(gòu),，增加使用的靈活性，是本系統(tǒng)理想的自舉加載模式,。

　　4 結(jié)語

　　實(shí)踐證明,，該方案所用硬件簡潔,，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸可靠,。本系統(tǒng)由于具有高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)運(yùn)算能力,，可廣泛應(yīng)用于語音處理、數(shù)字加密,、圖像處理,、多路數(shù)據(jù)采集處理等領(lǐng)域，可升級能力強(qiáng),，具有很廣闊的應(yīng)用前景,。