视频监控系统中ARM与DSP的HPI接口设计

2008-05-26 14:37:08来源: 微计算机信息

  摘要:本文介绍了ARM S3C44B0X与DSP TMS320DM642的主要特点以及HPI接口的原理,提出了一个采用HPI设计ARM与DSP通信接口的方案,该方案应用在基于ARM与DSP的嵌入式视频监控系统的设计上,在两者之间建起一个高速数据通道,进一步提高了视频监控设备的性能。

  关键词:嵌入式系统;S3C44B0X;TMS320DM642;HPI主机接口

  1 引言

  随着网络技术、图像处理技术及嵌入式技术日趋成熟,视频监控技术得到广泛的应用。银行、工厂、政府、学校等部门,都设置有监控系统。尤其是在国际上一系列恐怖事件后,人们更感到监控系统的重要。而且要求视频监控设备有高清晰的视频效果的同时,还能对现场进行实时控制。所以,此类设备不但要有更高的数据处理能力和处理精度,还要有强大的系统控制、管理能力以及高速的网络数据传输速率。

  目前,市面上主流的视频监控设备,大致可以分成两类,一是基于通用微处理器,二是基于数字信号处理器DSP。两种芯片在功能上有各自的特点,通用芯片适用于系统控制、管理和信息通讯等,DSP芯片则更适合执行复杂的数字计算、音视频数据处理等。若两种芯片协同工作,就能一定程度上克服各自的不足,更好的发挥他们的优势。基于这个考虑,本文提出了一个通用微处理器(ARM)与DSP的接口设计方案,以实现两者的实时通信。

  2 系统概述

  2.1 ARM7 S3C44B0X的特点

  S3C44B0X是SAMSUNG公司推出的一款16/32位的RISC(Reduced Instruction Set Computer)构架的处理器,它采用的是ARM7TDMI内核,最高工作频率可以达到66MHz。这是一款高性能、低功耗的微处理器,内部集成了丰富的资源,包括:8KB的Cache、RAM、LCD控制器、DMA、UART和IIC总线接口等。主要用于GPS定位系统、无线通信、手持设备、监控系统和车载装置的开发。

  S3C44B0X的存储系统支持256MB的空间,划分成各32MB的8部分。系统存储器分配为BANK0~BANK7。可以分别用作外部存储器和LCD、USB等外设的连接。其中,Bank0接FLASH,用于存放系统BIOS。Bank1接FLASH硬盘,用作系统硬盘,构建文件系统。Bank2接USB口,Bank3接LCD模块,Bank6接SDRAM,Bank4、Bank5、Bank7保留。

  2.2 DSP TMS20DM642的特点

  TMS320DM642(简称DM642)是TMS320C6000系列中性能最好的一款定点DSP,基于美国德州仪器公司开发的Veloci TI第二代高性能超长指令字VLIW(Very Long Instruction Word)构架而设计,芯片采用两级缓存的结构,能够支持一系列功能强大的外设。DM642拥有大量片上资源:64-bit 外部存储器接口、加强型DMA控制器、16/32位HPI接口、IIC总线、GPIO、多媒体卡控制器、USB、多通道音频接口、10/100Mbs以太网、管理数据输入输出模块等,是一款性能优越的多媒体处理器,是设计数字音视频处理系统的首选。

  2.3主机接口HPI介绍

  HPI(Host-Post Interface)接口是DSP与主机相连接的一个并行通信口,是构建主从式系统,实现主机与从机通信的重要接口。主机通过HPI可以访问DSP内全部的存储空间及地址空间映射的外设,进而控制DSP,实现数据交换。DM642的HPI接口有HPI16和HPI32两种工作方式,在HPI16的方式下,高16位数据端口HD[31:16]还可又用于PCI接口通信。

  DM642的HPI接口信号线有:32条主机数据总线,在非复用模式下,数据总线只传输数据信号,而在复用模式下,还可用于地址信号的传输;HR/W_(_表示负逻辑有效)是HPI接口的读/写信号使能;HCS_、HDS1_、HDS2_是片选信号,三者在DSP的内部,经过一个逻辑门,作为数据的读/写控制逻辑;HRDY_是就绪信号,当输出为低电平,表示接口忙,反之,表示可以对接口进行操作;通过控制HRDY_,可以实现主机与DSP的握手通信;HINT_为DSP对主机的中断请求输出;HHWL用于在16位模式下识别高低半字;HAS_是地址选通信号;HCNTL0/1是HPI接口的功能选择位,HCNTL0/1的功能描述如表1。

  表1 HCNTL0/1功能描述

  

HCNTL[0:1]

功能描述(复用模式下)

00

HPI控制寄存器(HPIC)读/写操作

01

HPI地址寄存器(HPIA)读/写操作

10

HPI数据寄存器(HPID)以自增方式读/写操作

11

HPID读/写操作

  HPI寄存器共占用了256KB的内存空间,对应的16进制地址范围是:0X01880000~0X018BFFFF。其中,HPIC的起始地址为0X01880000,HPIA写的起始地址0X01880004,HPIA读的起始地址为0X01880008,其他地址空间保留。在CPU对HPI进行读写操作时,必须正确的设置HPI寄存器。

  3 接口设计

  3.1 HPI接口读/写时序

  读/写时序是实现计算机操作的重要一点,如果操作时序不相符,就会导致读/写数据出错,甚至是操作失败。所以,满足操作时序是实现计算机操作的先决条件之一。DM642的HPI接口操作时间为1.3ns~12ns或大约5个CPU时钟脉冲。S3C44B0X的最高时钟频率可达66MHz(约为15.2ns),由此可知DM642的HPI与S3C44B0X在读/写时序上的满足要求,接口通信可以实现。DM642的HPI32读/写时序如图1,设计接口时,必须遵守该时序。由时序图可知,控制HPI的读/写时序,通过控制HCNTL、HR/W_ 、HSTROBE_、HCS_以及HRDY_这几个信号端口就能实现。

  

  图1 HPI32的读/写时序图

  3.2硬件设计

  在本设计方案中,S3C44B0X和DM642都是32位的处理器,且DM642有HPI32模式。为了充分利用资源,发挥其优势,采用32位模式设计接口。硬件电路如图2所示。

  

  图2 硬件接口方块电路图

  各引脚连接说明如下:

  ①HD[31:0]与CPU的数据线D[31:0]相连。在HPI接口的复用模式,32条数据线HD[31:0]除了传输数据外,还需传输地址信号。

  ②片选信号HCS_接nGCS4。HPI接口映射到保留的系统存储器BANK4,主机通过操作BANK4就能控制HPI。

  ③因S3C44B0X没有HR/W_信号,所以用A1代替,与之相连。A2、A3接HCNTL0/1,用作接口功能选择。nOE和nWBE分别接HDS1_和HDS2_作为HPI的读/写控制信号输入。

  ④nEWAIT接HRDY_。由于DM642的HRDY_与nEWAIT的有效逻辑电平相反,所以要通过一个非门连接。EINT1接HINT_,用来DSP向主机发中断请求。

  ⑤HPI32方式下,HHWL和地址选通信号HAS_无需使用,固定接上拉电阻(高电平)。

  3.3 软件设计

  主机通过HPI接口访问DSP内部RAM,通过控制寄存器HPIC、地址寄存器HPIA、数据寄存器HPID实现RAM的读/写。ARM主机与DSP从机的通信就是对这几个寄存器的操作。在编写接口驱动时,HPI接口是被看作接到主机RAM的外设,由硬件设计可知,它被映射到BANK4的存储空间(对应的存储器地址是0X08000000~0X0A000000)。

  结合时序分析和硬件的设计,可以编写接口驱动。驱动主要包括两部分:首先是HPI寄存器初始化,然后是HPI接口的读/写代码。以下是HPI接口驱动的部分代码。

  /* 地址及数据初始化 */

  #define BASE_ADDR 0X08000000 // 定义基地址

  /* HPIC、HPIA、HPID读写地址的偏移量 */

  #define HPIC_WR 0X00

  #define HPID_A_WR 0X04

  #define HPIA_WR 0X0C

  #define HPIC_R 0X10

  #define HPID_A_R 0X14

  #define HPIA_R 0X1C

  /* HPI读、写代码 */

  unsigned long hpi_read_data (unsigned long addr)

  { unsigned long data;

  data=read_data(BASE_ADDR+HPID_R); // 读取数据

  return(data); }

  unsigned long hpi_write_data (unsigned long addr)

  { unsigned long data;

  set_addr(addr); // 设置起始地址

  write_data(BASE_ADDR+HPID_WR); } // 写入数据

  4 结语

  在主从式视频监控系统中,通过HPI接口的设计,实现了S3C44B0X与DM642的高速通信。S3C44B0X运行的HPI读/写程序,通过设置相应的中断控制信号和对HPIC、HPIA、HPID三个寄存器的操作,实现对DM642内存空间的访问,并且可以控制映射到内存空间的数据采集终端及其他外设,从而实现了双核间的数据交换。由此证明,在S3C44B0X与DM642构建的主从式系统中,利用HPI设计的接口电路可以准确、实时的实现两个芯片间的数据通信。

  本文作者创新点:采用HPI32(32位)方式设计主从式系统的通信接口,与HPI16(16位)和HPI8(8位)相比,速度更快,双核的协同工作性能更优。

  参 考 文 献

  [1]SAMSUNG.S3C44B0X USER`S MANUAL[Z]. http://www.samsung.com

  [2]TEXAS INSTRUMENTS.TMS320DM642 USER`S MANUAL[Z]. http://www.ti.com

  [3]李岩,荣盘祥编著.基于S3C44B0X嵌入式uCLinux系统原理及应用[M].北京:清华大学出版社.2005

  [4]汪春梅,孙洪波编著.TMS320C5000 DSP系统设计与开发实例[M].北京:电子工业出版社.2004

  [5]徐铮,刘方.ARM S3C4510B与DSP C5416的接口设计[J].仪器仪表用户. 2005.6.93-94

  [6]杨健,张慧慧,于东琴等,一种HPI技术在双机系统通信中的应用[J].微计算机信息. 2006.22.127-129

关键字:HPI  接口驱动  ARM  主从式系统  片上资源  定点DSP  DMA控制器  输出模

编辑:孙树宾 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0526/article_686.html
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