一种利用HPI接口实现DSP应用程序远程更新的方法

2015-09-25李晶吕肖晗

单片机与嵌入式系统应用 2015年4期

李晶，吕肖晗

（1.孝感供电公司客户服务中心计量室，孝感432000；2.襄阳海特测控技术有限公司）

引言

随着智能电网的建设、实施和物联网的普及应用，越来越多的终端设备通过网络实现远程的数据采集，这些数据终端数量众多，分布范围广。当这些终端设备中的MCU应用软件发现BUG，或需要对MCU应用软件进行升级则是一件非常麻烦、艰巨的任务。如果能够通过网络或串行接口实现MCU应用程序的远程下载，将会带来方便。本文介绍一种DSP应用程序的远程下载技术。

1 TMS320VC5402及其HPI接口简介

TMS320VC5402是TI公司为实现低功耗、高性能实时信号处理的定点16位DSP，它采用改进型哈佛结构，具有很高的运行速度，非常适合在信号处理方面的应用，如滤波、频谱分析等场合。其突出的优点已经使它在通信、语音、仪器仪表、电力测控终端等领域得到广泛应用。

TMS320VC5402的应用程序在其内部的RAM中运行，因此，在上电时需要利用HPI接口将程序传送到内部RAM中，TMS320VC5402的HPI是增强型8位主机接口。HPI即主机接口，它实际上是一个8位的并行接口，可以和任何一个外部的8位并行接口连接，在大多数情况下这个外部的8位并行口可以是其他MCU的8位I／O口。对于TMS320VC5402来说，这个MCU就是“主机”，以下简称为主MCU。当TMS320VC5402与主机传送数据时，HPI能自动将传送来的8位数据组合成为16位数据，并传送到TMS320VC5402内部指定地址的RAM单元中，代码传送完毕后，主MCU再传送DSP应用程序的入口地址。传送结束后TMS320VC5402即可从指定的地址开始执行应用程序。

2 HPI与主机接口的技术实现

主MCU和TMS320C5416的连接示意如图1所示，图中8位数据线用来实现DSP与主机之间的数据传输，控制信号线用来指定进行的操作。

HPI包含3个内部寄存器，分别为：HPIC、HPIA、HPID。HPIC是一个16位的内部控制寄存器，HPIA是16位的地址寄存器，HPID是数据寄存器。由于HPI接口的数据线是8位的，故主MCU在读写HPI寄存器时，每次必须按2个字节操作，字节的高低顺序由HPIC设定。而主MCU要写HPIC时，第1个字节和第2个字节的内容必须是相同值，专用的HBIL引脚信号用来确定传输的是第1字节还是第2字节。HPIC的BOB位决定是第1个字节还是第2个字节放置在高8位。HCNTL0／1用来说明哪个HPI的内部寄存器被主机访问。具体说明如表1所列。

表1 HCNTL信号功能

HDS1、HDS2是两个数据选通信号，HAS是地址锁存信号，HCS是HPI接口的选中信号，而HR／W是读／写控制信号。详情及HPIC寄存器各位的用途请参考TMS320VC5402技术手册，这里不再赘述。

主MCU通过HPIC、HPIA、HPID寄存器与TMS320VC5402进行数据交换，数据交换的过程如下：

①初始化HPIC；

②把地址写到HPIA中；

③通过HPID读或写数据。

一艘情况下，对DSP的HPIC进行初始化后，无须再对其进行初始化，其余工作由主MCU完成。主MCU和TMS320VC5402的连接图如图1所示。

图1 主MCU和TMS320VC5402的连接图

用8051单片机作为主MCU实现DSP应用程序远程下载的实现方案中，主MCU使用的是C8051F236，用C8051F236的P1口作为数据线与DSP的HPI接口连接，C8051F236的P2口分别作为HPI接口的控制信号线，P0.5连接到DSP的复位引脚。C8051F236的串行接口扩展MAX485，以便通过RS485串行接口接收PC机传送的DSP应用程序，当然也可以为主MCU扩展网络接口，通过网络传送DSP应用程序。

扩展的I2C总线接口EEPROM存储器AT24C1024用于存放DSP应用程序的HEX文件，AT24C1024的容量为256KB，对于一般应用程序的HEX文件是够用的。工作时PC机利用通信接口将DSP的应用程序和程序的入口地址传送给主MCU，并在EEPROM中存放。然后主MCU控制DSP复位，进入引导工作方式，主MCU读取存放在AT24C1024中的HEX文件，经解析后产生机器码，并逐字节通过HPI接口传送给DSP，完成程序的更新。

TMS320VC5402在片上ROM中固化了引导程序，当DSP工作在微计算机模式（MP／MC＝0）下，上电复位后会自动执行引导程序，引导程序会初始化数据存储区的007EH和007FH两个单元，使其初始值为0，然后检测引导模式。首先检测当前是否是HPI引导模式，在确认引导模式后，按照相应的操作自动从HPI接口传送用户代码到内部程序存储器。在完成用户代码引导后，主MCU执行写入口地址操作，即将应用程序的入口地址写入到007EH和007FH。如果TMS320VC5402检测到007EH和007FH内容的变化后，马上从入口地址处开始运行用户程序，引导过程结束，DSP正常运行应用程序。

3 主MCU软件设计

涉及HPI功能的主MCU软件设计包括两个方面：一是HPI接口的访问；二是HEX文件的解析。

（1）HPI接口软件设计

在对HPI接口访问时，一般首先要通过写入控制字到HIPC寄存器中，以设置HPI的工作方式。但在大多数情况下，使用HPIC的默认值即可，故不需要专门对HPIC进行操作，程序中仅需对HPIA和HPID进行操作。以下为对HPIA进行写操作的程序，将需要操作的存储器的地址传送到HPIA中。为简单起见，程序已作了简化处理：

将存储器地址传送到HPIA后即可传送程序的机器码，程序结构与上述类似。需要注意的是，在通过HPID读／写DSP内部的存储器时，被读／写存储器单元的地址由HPIA指定，并且可以实现HCNTL0、HCNTL1设置为读／写HPID时HPIA的值自动加1，这样就不需要每次读／写HPID之前先传送地址到HPIA中，简化了程序设计。

（2）DSP代码下载程序设计

DSP应用程序代码通过串行接口传送到主MCU并保存在EEPROM中后，主MCU即可在任何需要的时候将代码下载到DSP中。一般来说传送的DSP应用程序是HEX文件。HEX文件是一个文本文件，它以记录的方式存放应用程序的机器码及其地址。因此主MCU需要按记录从EEPROM中读取HEX文件，并对其进行分析，得到应用程序的机器码和其地址，然后通过HPI接口程序传送到DSP中。由于HEX文件中不包含应用程序的入口地址，所以PC机软件需要单独将应用程序的入口地址传送给主MCU，为简单起见，HEX文件记录的结构及其分析不再赘述，可参考其他相关资料。将代码传送到DSP的程序流程图如图2所示。