簡(jiǎn)介　

HPI接口是TI為處理器之間直接互連通訊定義的一種異步接口,，大多數(shù)TI DSP芯片上都有HPI接口,。HPI接口是從（Slave）端口，接在主機(jī)的擴(kuò)展內(nèi)存總線上,，DSP不能通過(guò)HPI向主機(jī)（Host）的訪問(wèn),，只能被主機(jī)讀寫。兩個(gè)DSP的HPI接口之間不能通訊,。兩個(gè)DSP之間互連,，可以將一個(gè)DSP（從）的HPI接到另一個(gè)DSP（主）的擴(kuò)展內(nèi)存接口（EMIF）上[1]。

1. HPI工作模式　

不同系列DSP上的HPI接口版本有所不同,，區(qū)別體現(xiàn)在DSP對(duì)HPI的控制上,，如C6727上的UHPI可通過(guò)寄存器使能與關(guān)閉HPI接口，對(duì)主機(jī)訪問(wèn)DSP內(nèi)存空間的控制,，以及對(duì)HPI接口信號(hào)的功能復(fù)用上,。但從主機(jī)訪問(wèn)的角度，HPI的工作模式分為：復(fù)用模式(Multiplexed-Mode)和非復(fù)用模式(Non-multiplexed-Mode),。

復(fù)用模式下沒(méi)有地址線,，主機(jī)訪問(wèn)DSP的地址信息是以數(shù)據(jù)方式送到HPIA(HPI地址寄存)。從硬件信號(hào)的角度,，地址,，數(shù)據(jù)信號(hào)是由同一組數(shù)據(jù)線傳遞，所以稱為復(fù)用模式,。

非復(fù)用模式的數(shù)據(jù)線與地址線是分開的,，與內(nèi)存接口連接相似。非復(fù)用模式不需要操作HPIA寄存器,，主機(jī)訪問(wèn)的地址信息通過(guò)地址總線直接送給HPI,。

所有的HPI接口都支持復(fù)用模式,，但不是所有芯片的HPI接口都支持非復(fù)用模式(參考相應(yīng)的芯片手冊(cè)確定是否支持)。除了有無(wú)HPIA的操作區(qū)別外,，兩種模式的操作沒(méi)有區(qū)別,。因?yàn)榉菑?fù)用模式的操作是復(fù)用模式操作的子集，為方便起見(jiàn),，本文以復(fù)用模式展開討論,。

2. HPI硬件信號(hào)連接　

HPI接口復(fù)用模式連線如圖1所示，根據(jù)在應(yīng)用當(dāng)中的必要性分為：必要的,，和可選的兩組信號(hào),。可選的信號(hào)以虛線表示,。

圖1. HPI接口復(fù)用模式硬件連接

數(shù)據(jù)線HD[0:n]：在復(fù)用模式下,，數(shù)據(jù)線的寬度一般為CPU位寬的一半，一個(gè)HPI訪問(wèn)分為高低半字的兩次訪問(wèn),，如C5000是16-bit CPU,，HPI數(shù)據(jù)線為8位，C6000是32-bit CPU,，其HPI數(shù)據(jù)線為16位,。C64x系列的HPI支持32位，在32位模式下一個(gè)HPI訪問(wèn)不需要分為高低半字兩次訪問(wèn)組成一個(gè)完整的訪問(wèn),。

HCNTL0/1,，HWIL：HCNTL0/1選擇要訪問(wèn)的HPI寄存器，HWIL控制訪問(wèn)寄存器的高低半字,，必須先高后低,。一個(gè)寄存器的高低半字的兩次訪問(wèn)一定要連續(xù)完成，中間不能插入其它的HPI操作,。只有HPIC可以只訪問(wèn)半個(gè)字,。

HR/W：指示對(duì)HPI寄存器進(jìn)行讀，還是寫操作,。如果主機(jī)的讀,，寫信號(hào)是分開的，可以利用其中一個(gè)信號(hào),，但要注意做上拉或下拉處理以控制其在三態(tài)時(shí)的電平,。

HCS，HDS1/２：這三個(gè)信號(hào)根據(jù)圖2的邏輯產(chǎn)生內(nèi)部HSTROBE信號(hào),，其邏輯關(guān)系是要求HDS1和HDS2信號(hào)相反,，HCS低有效,。HSTROB下降沿的時(shí)間點(diǎn)反應(yīng)的是三個(gè)信號(hào)中最后跳變的信號(hào),。HPI在HSTROB的下降沿采樣控制信號(hào)HR/W,，HCNTL0/1，HWIL以判斷主機(jī)要對(duì)哪個(gè)寄存器進(jìn)行讀,，或者寫操作命令,。注意控制信號(hào)在HSTROBE的下降沿之前需要最少5ns的setup穩(wěn)定時(shí)間，而HDS1/2和HCS到HSTROBE信號(hào)內(nèi)部門電路的延時(shí)是皮秒級(jí)的,，所以控制信號(hào)的setup時(shí)間需要外部時(shí)序保證,。

圖2. HSTROBE信號(hào)產(chǎn)生邏輯

HRDY：HPI的輸出信號(hào)，指示當(dāng)前操作狀態(tài),，用做硬件流量控制握手信號(hào),。

HINT：通過(guò)HPI，主機(jī)與DSP之間可以互發(fā)中斷,。HINT是HPI送給主機(jī)的中斷信號(hào),，DSP對(duì)HPIC[HINT]位寫1，HINT信號(hào)線上送出高電平信號(hào),，主機(jī)可利用此信號(hào)做為中斷信號(hào)輸入,。DSP不能清除HPIC[HINT]狀態(tài)，主機(jī)在響應(yīng)中斷后,，需要對(duì)HPIC[HINT]位寫1清除狀態(tài),，DSP才能再次對(duì)HPIC[HINT]置位發(fā)中斷。主機(jī)通過(guò)寫HPIC[DSPINT]置1給DSP產(chǎn)生中斷,，DSP在響應(yīng)中斷后,，需要對(duì)HPIC[DSPINT]寫1清除狀態(tài)，主機(jī)才能繼續(xù)操作HPIC[DSPINT]給DSP發(fā)中斷,。通過(guò)HPI傳輸數(shù)據(jù),，結(jié)合互發(fā)中斷做為軟件層的握手信號(hào)，可有效提高通訊的效率與靈活性,。

ALE：存在于地址,，數(shù)據(jù)線復(fù)用的主機(jī)上用來(lái)指示地址信號(hào)周期，這種總線復(fù)用的主機(jī)很少見(jiàn),，所以通常將ALE固定上拉處理,，只用HSTROBE采樣控制信號(hào)。

BE：Byte Enable信號(hào),，這個(gè)信號(hào)只出現(xiàn)在32位的C6000 DSP上,。因?yàn)閼?yīng)用當(dāng)中通常都是對(duì)整個(gè)32-bit字進(jìn)行訪問(wèn)，所以直接做上拉使能處理,。

3.HPI寄存器地址映射　

HPI口提供給主機(jī)端訪問(wèn)的寄存器只有４個(gè),，通過(guò)HCNTL［1：0］選擇.

表1. HPI寄存器訪問(wèn)選擇

由于在復(fù)用模式下數(shù)據(jù)線通常只有寄存器寬度的一半，所以一個(gè)完整的數(shù)據(jù)訪問(wèn)由高低半字兩次訪問(wèn)組成,，由HWIL信號(hào)控制,，HWIL信號(hào)必須是先低后高,。通常將HWIL和HCNTL[1:0]接在主機(jī)的地址線上，將4個(gè)寄存器映射為主機(jī)端的8個(gè)內(nèi)存單元,，下表中的地址線連接方法將8半字寄存器映射到主機(jī)的8個(gè)連續(xù)的內(nèi)存單元,。這里的地址線是用來(lái)選擇HPI的寄存器，與非復(fù)用模式下的地址線直接訪問(wèn)DSP的內(nèi)存空間是完全不同的作用,。

表2. HPI寄存器地址映射

4. HPI寄存器功能說(shuō)明　

HPIC (HPI Control Register)

HPI控制寄存器HPIC的位圖如表3所示,，C6000系列DSP的HPI寄存器是32位的，也只有低16位有效,，與C5000系列DSP的HPIC寄存器定義的功能保持一致,。不同版本的HPI接口的HPIC位定義的主要不同之處在于軟件握手HRDY位的有無(wú)，其它位名稱可能存在細(xì)小差異,，但功能定義都是一樣的,。

表3. HPI Control Register

主機(jī)在對(duì)HPI進(jìn)行訪問(wèn)前可以通過(guò)HPIC配置字節(jié)序（HWOB）和地址寄存器模式（DUALHPIA）。默認(rèn)的配置為HWOB=0,，即先訪問(wèn)高半,；DUALHPIA=0，即單地址寄存器模式,，讀和寫操作使用同一個(gè)HPIA,；通常都采用默認(rèn)的HPIC寄存器配置。

HWOB與硬件信號(hào)HWIL是沒(méi)有聯(lián)系的,，HWIL信號(hào)必須保證先低后高分別訪問(wèn)兩個(gè)半字單元,。至于先訪問(wèn)一個(gè)字當(dāng)中的高或低半字，是由HWOB控制的,。

HPIA (HPI Address Register) 　

物理上存在HPIAR,，HPIAW兩個(gè)地址寄存器。HPIAR是讀操作地址寄存器,；HPIAW是寫操作地址寄存器,。由HPIC的DUALHPIA位來(lái)決定是采用雙地址寄存器模式還是單地址寄存器模式。如果采用雙地址寄存器模式,，在對(duì)HPIA操作之前,，通過(guò)設(shè)置HPIC的HPISEL位選擇下一個(gè)要訪問(wèn)的HPIA。通常為了簡(jiǎn)化在讀寫操作轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)HPIC的操作,，選用單地址寄存器模式,。

HPIA的地址信息在不同系列DSP上有所不同：　

在C5000上，數(shù)據(jù)空間,，I/O空間只能按16位字尋址,，程序空間按字節(jié)尋址。HPI的DMA訪問(wèn)屬于I/O空間，HPIA的值代表16位字地址,。如主機(jī)端要訪問(wèn)DSP內(nèi)存字節(jié)地址0x100, 則要往HPIA寫的地址值是0x80,。在用HPI啟動(dòng)時(shí)，要注意DSP代碼是按字節(jié)地址鏈接的,，即代碼段的地址是字節(jié)地址，主機(jī)端要將代碼段的地址信息除以2再送到HPIA,。

在C64上,，HPIA的值代表字節(jié)地址，但是HPI訪問(wèn)的數(shù)據(jù)是32位的,，所以HPI會(huì)忽略HPIA地址值的低兩位,。

在C64+的DSP上，HPIA代表32位字地址,，HPI會(huì)將字地址左移兩位轉(zhuǎn)換成字節(jié)地址,，主機(jī)若要訪問(wèn)DSP字節(jié)地址0x100，則要賦值HPIA為0x40,。

HPID (HPI Data Register)　

主機(jī)通過(guò)HPI對(duì)DSP的內(nèi)存訪問(wèn)是間接訪問(wèn),，主機(jī)只能訪問(wèn)HPID，HPID與DSP內(nèi)存之間是通過(guò)HPI專屬的DMA進(jìn)行數(shù)據(jù)搬運(yùn)的,。如圖3所示,。

圖3. HPI讀寫數(shù)據(jù)流

HPID的訪問(wèn)分為自增模式和非自增模式。在自增模式下,，訪問(wèn)HPID后,，HPIA會(huì)自動(dòng)增加指向下一個(gè)字地址，在連續(xù)訪問(wèn)時(shí),，自增模式因?yàn)闇p少了主機(jī)對(duì)HPIA的操作,，可以增加HPI數(shù)據(jù)訪問(wèn)的吞吐率。非自增模式下訪問(wèn)HPID后,，HPIA的值保持不變,，主機(jī)需要更新HPIA來(lái)訪問(wèn)下一個(gè)地址。

在寫操作時(shí),，主機(jī)把數(shù)據(jù)寫到HPID,，HPI將第二個(gè)半字的數(shù)據(jù)通過(guò)HSTROBE的上升沿鎖存到HPID后，將HRDY置為忙狀態(tài),，并啟動(dòng)HPI DMA將HPID的內(nèi)容搬到HPIA所指向的內(nèi)存單元,，然后清除HRDY指示可以進(jìn)行下一次操作。

在讀操作時(shí),，在第一個(gè)HSTROBE的下降沿,，HPI采樣到HR/W為讀命令，則將HRDY置為忙狀態(tài)，啟動(dòng)HPI DMA將HPIA指向的內(nèi)存單元的數(shù)據(jù)搬到HPID,，清除HRDY忙狀態(tài),，主機(jī)端方可結(jié)束總線訪問(wèn)周期，鎖存數(shù)據(jù)線上的有效數(shù)據(jù),。

5. HPI操作流程　

主機(jī)對(duì)HPI的一次總線訪問(wèn)周期為分三個(gè)階段：主機(jī)發(fā)起訪問(wèn),，HPI響應(yīng)，主機(jī)結(jié)束訪問(wèn)周期,。

A. 主機(jī)發(fā)起訪問(wèn)：即對(duì)HPI寄存器的讀,，或者寫命令。主機(jī)送出的硬件信號(hào)為HSTROBE（由HCS, HDS1/2產(chǎn)生）,，HR/W,，HCNTL0/1，HWIL,，以及HD[0:n],。HPI在HSTROBE的下降沿采樣控制信號(hào)HR/W，HCNTL0/1,，HWIL判斷主機(jī)的操作命令,。

B. HPI響應(yīng)：HPI在HSTROBE的下降沿采樣控制信號(hào)，根據(jù)控制信號(hào)做出相應(yīng)的響應(yīng),。如果是寫（HR/W為低）命令,，則在HSTROBE的上升沿將數(shù)據(jù)線上的信號(hào)鎖存到HCNTL0/1和HWIL指向的寄存器。如果是讀命令（HR/W為高）,，如果是讀HPIC,，或者HPIA寄存器，HPI將寄存器的值直接送到數(shù)據(jù)總線上,；如果讀HPID,，HPI先將HRDY置為忙狀態(tài)，HPI DMA將數(shù)據(jù)從HPIA指向的內(nèi)存單元讀到HPID,，再送到數(shù)據(jù)線上,，并清除HRDY忙狀態(tài)，在讀HPID后半字時(shí),，數(shù)據(jù)從寄存器直接送到數(shù)據(jù)總線上,，不會(huì)出現(xiàn)HRDY信號(hào)忙狀態(tài)。

C. 主機(jī)結(jié)束訪問(wèn)周期：對(duì)于寫操作,，主機(jī)將數(shù)據(jù)送出后,，只要滿足芯片手冊(cè)中HPI對(duì)HCS的最小寬度要求，即可結(jié)束訪問(wèn)周期,。對(duì)于讀HPID操作,，要等HRDY信號(hào)由忙變?yōu)椴幻?，主機(jī)才能結(jié)束訪問(wèn)周期。

a) 兩次連續(xù)的HPI操作的間隔,，在芯片手冊(cè)的HPI時(shí)序參數(shù)表里有要求,，最小間隔為兩個(gè)HPI功能模塊時(shí)鐘周期。

6. HPI常見(jiàn)故障案例分析　

在HPI應(yīng)用調(diào)試過(guò)程中,，常遇到的問(wèn)題分為：寫數(shù)據(jù)不成功,，讀數(shù)據(jù)不正確，HRDY常高,。這些問(wèn)題通常都是由于時(shí)序不正確造成的,，下面結(jié)合實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的案例進(jìn)行分析。

6.1 寫數(shù)據(jù)不成功　

案例的硬件連接如下：

硬件連接

首先關(guān)注核心信號(hào)HSTROBE由DSP_CS,，ARM_WR（HDS1）,，ARM_RD（HDS2）產(chǎn)生,，從下面時(shí)序圖可以看出ARM_WR的下降沿是最后產(chǎn)生的，所以寫操作時(shí)HSTROBE的下降沿反應(yīng)的是ARM_WR的下降沿,。

寫HPIC的時(shí)序截圖如下：

寫HPIC\HPID的時(shí)序截圖

兩個(gè)時(shí)序圖顯示主機(jī)送出的數(shù)據(jù)111b在HSTROBE（ARM_WR）的下降沿后,，很快被改變成其它值000b,。在寫HPID的時(shí)序截圖中，第一個(gè)HSTROBE的下降后,，HPI送出HRDY信號(hào),，然后數(shù)據(jù)線被改變，首先判斷HPI對(duì)主機(jī)的命令做出了響應(yīng),，通過(guò)HRDY信號(hào)的出現(xiàn)時(shí)機(jī),，說(shuō)明HPI判斷這是一個(gè)讀操作，可以判斷為HSTROBE的下降沿采樣HR/W信號(hào)不正確,。

從硬件連接來(lái)看,，HSTROBE（HR/W）要采樣HR/W，HCNTL0/1來(lái)判斷主機(jī)命令,， HR/W的與HSTROBE為同一信號(hào)源,，且同為下降沿，HR/W與HSTROBE的下降沿之間的setup時(shí)間不夠,，采樣HR/W的電平狀態(tài)出現(xiàn)誤判,，認(rèn)為是高電平讀命令，HPI對(duì)讀命令的響應(yīng)則是在第一個(gè)HSTROBE的下降沿之后送出HRDY信號(hào),，并在HRDY之后,，HPI送出數(shù)據(jù)到總線上。

對(duì)于該問(wèn)題,，需要對(duì)參與HSTROBE邏輯譯碼的HR/W信號(hào)的下降沿做延時(shí)處理,，可在邏輯電路如CPLD或FPGA里實(shí)現(xiàn)，以確保HSTROBE的下降沿采樣到穩(wěn)定的HR/W電平。

6.2 讀數(shù)據(jù)不正確　

通常表現(xiàn)為讀讀HPIC,，HPIA正常,，但讀HPID不正常，前半字為0,，后半字正確,，對(duì)同一個(gè)地址讀兩次，第二次的數(shù)據(jù)完全正確,。

在案例中,，用示波器觀察HCS與HRDY之間的時(shí)序關(guān)系，發(fā)現(xiàn)HCS的上升沿在HRDY的上升沿之前,，即主機(jī)在HPI數(shù)據(jù)有效之前結(jié)束了訪問(wèn)周期,。HRDY的上升沿其實(shí)是因?yàn)镠CS的結(jié)束而拉高的，并非數(shù)據(jù)真正有效,。

示波器觀察HCS與HRDY之間的時(shí)序關(guān)系

用戶由于沒(méi)有在硬件上將HRDY與主機(jī)PowerPC的TA信號(hào)互連,，沒(méi)有硬件握手機(jī)制，于是從軟件配置上加大主機(jī)的總線訪問(wèn)周期,，即增加HCS的寬度,，故障現(xiàn)象沒(méi)有變化。

原因分析：讀HPID與HPIC,，HPIA時(shí)序不同,，讀HPID操作需要HPI DMA從HPIA所指向的地址讀數(shù)據(jù)到HPID，會(huì)有時(shí)間上的延時(shí),。而讀HPIC和HPIA直接從寄存器讀數(shù)據(jù),，沒(méi)有延時(shí)，所以讀HPIC,，HPIA是正確的,。在讀HPID時(shí)，HPI會(huì)在第一個(gè)HSTROBE的下降沿后將HRDY置位,，指示數(shù)據(jù)未準(zhǔn)備好的忙狀態(tài),，主機(jī)應(yīng)當(dāng)在總線上插入等待周期，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后HPI清除HRDY,，主機(jī)才可以結(jié)束總線周期,，通過(guò)HCS的上升沿將有效數(shù)據(jù)鎖存。

HSTROBE的下降沿到數(shù)據(jù)有效之間的延時(shí)與芯片及HPI接口的工作頻率相關(guān),，以C5502,，C5501為例，在芯片手冊(cè)中,，這個(gè)延時(shí)參數(shù)H1在SYSCLK1與CPU時(shí)鐘的分頻為4時(shí),，最大延時(shí)為12*2H+20(ns),，H=SYSCLK1/2，在HPI啟動(dòng)期間,，PLL沒(méi)有倍頻,，處于旁通狀態(tài)，系統(tǒng)輸入時(shí)鐘就是CPU的工作時(shí)鐘,，SYSCLK1默認(rèn)分頻為CPU時(shí)鐘的4分頻,，以輸入時(shí)鐘為25MHz為例，最大延時(shí)為：

延時(shí)計(jì)算

這個(gè)時(shí)間長(zhǎng)度通常超出了主機(jī)端總線周期的軟件配置范圍,，所以通過(guò)軟件配置增加HCS的寬度不一定能滿足HRDY的最大延時(shí)要求,。在有的DSP芯片手冊(cè)上只提供了HRDY的最小延時(shí)，最大延時(shí)與芯片的優(yōu)先級(jí)設(shè)置,，及系統(tǒng)配置相關(guān)而不確定,，比如與系統(tǒng)中其它主模塊如EDMA同時(shí)訪問(wèn)DDR，那么延時(shí)與HPI的優(yōu)先級(jí),，EDMA的優(yōu)先級(jí),，EDMA的burst長(zhǎng)度，以及DDR的命令排序等配置相關(guān),，這樣通過(guò)延長(zhǎng)主機(jī)的總線訪問(wèn)周期,，更加不可靠,。

解決辦法：在硬件設(shè)計(jì)之初,，一定要利用HRDY硬件握手信號(hào)[2][3]。雖然有的芯片HPIC寄存器提供了HRDY軟件握手方式,，只能做為彌補(bǔ)硬件設(shè)計(jì)之初遺漏HRDY硬件握手信號(hào)的權(quán)宜之計(jì),，軟件輪循HRDY的辦法會(huì)帶來(lái)額外的開銷，降低HPI總線的吞吐率,，增加主機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度,。而且有的芯片HPI不支持HRDY軟件查詢方法，只能通過(guò)硬件HRDY保證數(shù)據(jù)的有效性,。

6.3 HRDY常高　

有的系統(tǒng)在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行中偶爾出現(xiàn)HRDY常高,，導(dǎo)致主機(jī)端總線訪問(wèn)異常，需要重新上電才能恢復(fù)HPI的正常操作,。這種故障是由于HPI狀態(tài)機(jī)出現(xiàn)異常,。

從實(shí)際故障定位中總結(jié)出以下幾點(diǎn)原因：

A. HPI的高低半字訪問(wèn)的順序訪問(wèn)被其它HPI訪問(wèn)打斷：在復(fù)用模式下，一個(gè)完整的HPI訪問(wèn)是由高低半字兩次訪問(wèn)組成,，需要嚴(yán)格保證,，否則會(huì)破壞HPI的狀態(tài)機(jī)，從而導(dǎo)致不可預(yù)期的后果,。

B. 主機(jī)通過(guò)HPI訪問(wèn)了DSP內(nèi)部的保留空間,，或者破壞了DSP的程序,，數(shù)據(jù)空間，導(dǎo)致DSP運(yùn)行異常,，進(jìn)而導(dǎo)致HPI狀態(tài)機(jī)異常,。

C. 主機(jī)的HSTROBE信號(hào)有毛刺，或者信號(hào)完整性不好,，如下圖中HCS（些案例HSTROBE是由HCS控制）的上升沿的回勾,，都會(huì)導(dǎo)致HPI誤判斷為主機(jī)的新的訪問(wèn)的開始，從而打亂了高低半字的訪問(wèn)順序要求,，導(dǎo)致HPI狀態(tài)機(jī)的錯(cuò)亂,。

HSTROBE信號(hào)

7. 總結(jié)　

HPI是一種簡(jiǎn)單的異步接口，只要設(shè)計(jì)中滿足了時(shí)序要求,，即可穩(wěn)定工作,。在開發(fā)當(dāng)中遇到數(shù)據(jù)讀寫不正確，從HSTROBE信號(hào)入手檢查與之相關(guān)的信號(hào)的時(shí)序關(guān)系,，便可以找出問(wèn)題原因,。另外，信號(hào)完整性是任何系統(tǒng)穩(wěn)定工作的前提,。

關(guān)于特定芯片上HPI接口的特有功能本文沒(méi)有針對(duì)討論,，如C6727的字地址模式和字節(jié)地址模式可通過(guò)HPIC配置；C6727在HPI啟動(dòng)后ROM bootloader將HPI關(guān)閉,，需要軟件重新使能才能使用等,；以及不同芯片的HPI啟動(dòng)模式下的跳轉(zhuǎn)方式不同，請(qǐng)參考相應(yīng)芯片的HPI手冊(cè)及bootloader應(yīng)用手冊(cè),。