摘要：以基于DSP的多功能滴定儀器的研究為背景，用現(xiàn)在較為流行的高速USB接口與DSP的主機接口(HPI)相連接，成功地解決DSP與主機(PC)之間的大容量圖像數(shù)據(jù)的傳輸問題。詳細地介紹TMS320DM642芯片和CYPERSS公司的USB接口控制芯片CY7C68013之間的硬件設計，同時對USB芯片的固件設計也做基本的介紹。

　　關鍵詞：DM642 HPI接口 USB接口 固件波形描述符

　　0 引言

　　當前，數(shù)字信號處理器(DSP)芯片以其強大的運算能力不僅在通信、電子、圖像處理領域得到了廣泛的應用，同時在醫(yī)療，生物等新興領域也有相應的應用?；贒SP的多功能滴定儀器主要是用于糧食質(zhì)量的無公害檢測，在該項目中， 需要設計一個圖像采集和處理的DSP子系統(tǒng)， 該DSP子系統(tǒng)主要完成RAW格式圖像數(shù)據(jù)的采集和相關的處理， 處理后的圖像數(shù)據(jù)的顯示和更進一步的處理及判別需要由PC機來完成，同時Pc機處理后的結果還需要返回給DSP。由于DSP端需要傳給Pc的圖像數(shù)據(jù)是不需要經(jīng)任何壓縮的RAw格式，而RAW格式的圖像數(shù)據(jù)與壓縮過的圖象數(shù)據(jù)(如JPEG等)相比，數(shù)據(jù)量比較大，這樣就需要設計一個高速接口來完成DSP與主機之間的大容量數(shù)據(jù)交互。由于USB接口具有熱插拔，速度快等特點，因此在該項目中選擇了USB作為DSP和Pc機之間的接口方式。結合整個系統(tǒng)的需要，設計了TMS320DM642芯片和CYPERSS公司的USB接口控制芯片CY7C68013相連接，可使PC機通過USB2．0接口實時地從DSP處獲得RAW格式的圖像數(shù)據(jù)，從而將DSP從數(shù)據(jù)傳輸中解放出來，解決了Pc機與DSP之間的大容量圖像數(shù)據(jù)的傳輸問題。

　　1 硬件連接設計

　　1．1 基本工作流程

　　在本系統(tǒng)中， 多功能滴定儀器的DSP與主機之間的接口主要由3個部分組成：主機(能夠支持USB2．0協(xié)議的PC機)，USB接口芯片CY7C68013和高速DSP芯片TMS320DM642。

　　其基本工作流程是：當USB設備插入PC時，PC和USB設備之間會完成一個枚舉過程，PC將設計好的設備驅(qū)動程序裝載UUSB芯片中。枚舉過程結束后即可進行數(shù)據(jù)的傳輸， 當PC要從DSP內(nèi)存空間讀取圖像數(shù)據(jù)時， 由于在上電之后，DSP的內(nèi)存空間中已經(jīng)采集到了一幀圖像數(shù)據(jù)，因此，它首先啟動USB芯片中的接收程序，通過USB芯片的端口6將固定長度的圖像數(shù)據(jù)依次讀入FIFO，當FIFO中的數(shù)據(jù)達到一定數(shù)量后，USB芯片會自動將數(shù)據(jù)打包傳送給USB總線，直到傳輸完畢。然后通過USB芯片的PAl引腳向DSP的EXTINT4發(fā)送中斷信號，DSP芯片在收到中斷信號之后，會啟動相應的中斷程序，進行下一幀圖像數(shù)據(jù)的采集， 為PC下讀取圖像數(shù)據(jù)做好準備，這樣PC就可以動態(tài)地控制圖像的讀取速度。

　　當PC有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它將數(shù)據(jù)直接傳給USB芯片，USB芯片收到數(shù)據(jù)后，按指定的數(shù)據(jù)長度將數(shù)據(jù)寫到發(fā)送端口2的FIFO中，然后自動啟動內(nèi)部的GPIF相關程序，將數(shù)據(jù)寫入DSP相應的內(nèi)存地址空間， 接下來USB芯片通過設置DM642的HPIC寄存器中的DSPINT位(將其置i)，向DM642發(fā)起中斷，通知DM642有數(shù)據(jù)到。

　　1．2 硬件連接

　　由于DM642的HPI接口是從模式的，因此CY7C68013須以主模式參與連接，這樣我們選擇可編程控制接口GPIF方式與DM642的HPI接口進行連接。接口問信號線的連接見表1：

　　USB接口芯片通過GPIF波形描述符的編寫來匹配DM642的HPI接口的讀寫時序，從而能正確地對HPI內(nèi)部的四個寄存器進行讀寫，成功地實現(xiàn)對HPI口的操作。從FX2L P的PA口選取PA[7：6]連接HCN TL[1：0]， 實現(xiàn)對HPI寄存器操作的選擇，見表2：

　　表2 HPI寄存器的選擇與功能除了以上兩個接口間主要的信號線連接外，還有以下幾點需要說明：

　　接口芯片CY7C68013的SCL和SDA兩個管腳應該上拉，DM642的HAS#管腳應上拉和HD5管腳應下拉。

　　1．3 DSP內(nèi)存空間的訪問

　　DSP內(nèi)存空間的正確訪問是實現(xiàn)USB接口功能關鍵的部分。USB接口芯片是通過運用其GPIF口來訪問DM642的HPI接口，來達到間接訪問DM642的內(nèi)存空間，DM642的HPI接口各個寄存器的讀寫時序詳見參考文獻[2]。然后再通過芯片內(nèi)部的USB2．oh3議模塊完成與主機(PC)之間的數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)DSP與主機之間的數(shù)據(jù)傳輸。因此，通過GPIF波形描述符的編寫來匹配DM642的HPI接口的讀寫時序成為了驅(qū)動程序中重要的部分。

　　在該項目中，主機從DSP內(nèi)存空間中讀取的主要是圖像數(shù)據(jù)，而圖像數(shù)據(jù)往往存放在連續(xù)的地址空間中， 因此這里采用的是以地址白增方式讀IIPI數(shù)據(jù)寄存器。讀HPID的過程為： 先向控制寄存器HPIC寫入操作控制字；再向地址寄存器HPIA寫入欲操作的DM642的內(nèi)存空間地址： 然后等待DM642以EDMA的方式完成內(nèi)部操作，并將數(shù)據(jù)準備好：然后從數(shù)據(jù)寄存器HPID處根據(jù)HPIC中控制字的要求以地址自增方式連續(xù)讀取DM642內(nèi)存空間的數(shù)據(jù)。

　　同時由于主機向DSP內(nèi)存空間中寫入的是少量控制數(shù)據(jù)，故以固定地址方式寫HPI數(shù)據(jù)寄存器。寫HPID的過程為：先向控制寄存器HPIC寫入操作控制字：再向地址寄存器HPIA寫入欲操作的DM642的內(nèi)存空間地址；然后以固定地址方式根據(jù)HPIC中控制字的要求向HPID中寫入數(shù)據(jù)；DM642以EDMA的方式完成內(nèi)部操作，將HPID中的數(shù)據(jù)寫入HPIA中的內(nèi)存地址空間。

　　2 固件的設計

　　固件是在USB接口芯片加電后， 由其它設備加載~CY7C68013中并在其中運行完成接口數(shù)據(jù)傳送功能的一段程序。在本接口中采用的是由Pc機通過USB接口加載固件的方式。

　　固件程序的編寫主要分為4個大的模塊：設備描述模塊，該模塊的功能就是提供主機啟動在重新枚舉設備時所需要的VID和PID以及其它一些必要的設備描述符。主模塊，主要完成設備的初始化、固件運行后的“重新枚舉”、進入循環(huán)不斷接收Pc機發(fā)送的一些命令并等待數(shù)據(jù)的傳送。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，主要完成初始化數(shù)據(jù)傳送端口， 并且處理主機發(fā)出的命令。

　　GPIF模塊，主要是完成對DM642的tIPI接口的時序進行編程，這種時序的編程具體來說就是設定一個個波形描述符，GPIF波形描述符的編程一般使用CYP RESS公司提供的GPIF TOOL具進行配置。在固件的編寫中關鍵的是GPIF波形描述符的編寫。波形描述符的編寫首先必須弄清楚DM642的HPI接口的讀寫時序，然后設置好相應的控制信號的波形。

　　3 結束語

      通過上述方式設計的USB接口，主機與DSP之間的數(shù)據(jù)傳輸速度可達lObfops以上，能夠?qū)崟r地將DSP采集并做了適當處理的RAW圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C上，完全滿足PC端的顯示及計算需求，提高了糧食質(zhì)量檢測的，完夠達到系統(tǒng)設計的需求。限于篇幅，本文沒有詳細介紹主機端驅(qū)動和應用程序的設計， 該方案可進一步擴展，借助TMS320DM642強大的處理能力，應用于視頻壓縮、圖像處理等多個領域。

參考文獻:

[1]. TMS320DM642 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/TMS320DM642_14462.html.
[2]. CY7C68013 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/CY7C68013_1054335.html.