如何设计基于HPI接口的高速数据传输？
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引言
DSP芯片能够大大提高数字信号处理的效率，但在主机与DSP构成的系统中，当DSP与主机间需要大数据量传输时，数据传输速率就会成为程序运行速度的瓶颈。所以在程序调试过程中，实现主机与DSP之间的快速数据传输，不仅可以提高程序运行效率，还可以大大节省调试程序的时间。
TMS320C6000系列的HPI(HoST Port Interface)接口不仅可以方便主机对DSP的控制，还可以实现主机与DSP内存的快速数据传输。这里用双TMS320C6416(600MHz)来进行实验，通过HPI接口实现了主DSP(下文中都称为"主机")和从DSP的快速数据传输，并通过实验测试了HPI接口的数据传输速率。
系统介绍
HPI概述
HPI(Host-Port Interface)主机接口，是TI高性能DSP上配置的与主机进行通信的片内外设。通过HPI接口，主机可以非常方便地访问DSP的所有地址空间，从而实现对DSP的控制。
TMS320C6416的HPI接口是一个16bit/32bit宽的并行端口。主机(host)对CPU地址空间的访问是通过EDMA控制器实现的。HPI接口的访问主要通过三个专用寄存器来实现，它们分别是HPI控制寄存器(HPIC)、HPI地址寄存器(HPIA)和HPI数据寄存器(HPID)。
HPI接口信号简介
(1) HD[31∶0](数据总线)
(2) HCNTL[1∶0](控制HPI访问类型)
如前所述，对HPI的访问需要通过三个寄存器，即HPI地址寄存器(HPIA)，HPI数据寄存器(HPID)和HPI控制寄存器(HPIC)来实现。HCNTL[1∶0]就是用于选择这三个寄存器的专用引脚。
(3) HHWIL (半字指示选择)
HHWIL指示当前的为第一个或是第二个半字传输，但需要注意的是，它并不代表是最高有效的(most significant)还是最低有效的(least significant)，而决定的依据是HPIC中的HWOB位的状态。在HPI32模式下，不使用此信号。
(4) HR/W (读/写操作指示)
(5) HRDY (输出准备好)
(6) HCS,HDS1,HDS2(选通信号)
当HCS有效，并且HDS1和HDS2中仅有一个有效时，内部触发信号HSTROBE有效。这三个信号的组合逻辑其实就是片选和读/写信号构成的组合逻辑，因此，可直接与主机的片选和读/写信号相连。
(7) HAS (地址输入选通)
(8) HINT(向主机输出的中断)
HPI接口寄存器简介
如上所述，主机通过HPI接口对DSP的访问实际上是通过三个寄存器来实现的，下面就针对这三个专用寄存器进行介绍。
(1) HPI控制寄存器(HPIC)
HPIC中每一位都有特定的功能，在对HPI进行访问的过程中需要特别注意。简要介绍一下这些功能位的作用。
①HWOB(半字顺序位)
如果HWOB=1，第一个半字为最低有效;如果HWOB=0，第一个半字为最高有效。HWOB对地址和数据都起作用，如果采用HPI16模式，在访问数据或者地址寄存器之前，应该首先初始化HWOB位。
②DSPINT(主机产生的Processor-to-CPU中断，用于HPI启动方式中将DSP内核从复位状态中唤醒)
③HINT(DSP-to-Host中断，即通过向此位写入特定值来产生对主机的中断)
(2) HPI地址寄存器(HPIA)
存放32bit数据，指向将要访问的DSP地址空间中的地址。
(3) HPI数据寄存器(HPID)
在写操作中存放将要写入HPIA所指向地址的数据，在读操作中为HPIA所指向地址中的数据。
系统设计
硬件设计
外设选择
在C6416中，一些外设共用某些引脚。其中HPI，GP[15:9]，PCI， EEPROM以及McBSP2共用一组引脚，DSP在复位时通过锁存PCI_EN及McBSP2_EN引脚的值来选择使用何种外设。如表1，在本设计中，将这两个选择引脚都拉低。
数据总线
C6416 HPI数据总线具有32个外部引脚HD[31:0]。因此，C6416 HPI支持16位或32位的数据总线。当用16位宽的主机接口时，C6416 HPI称为HPI16;当用32位宽的主机接口时，C6416 HPI称为HPI32。C6416 HPI通过复位时的自举和器件配置引脚(HD5)选择采用HPI16还是HPI32。
HPI16具有16位数据总线，HPI16将两个连续的16位传输组成一个32位数据传送到CPU。为了和其他C6000器件兼容，无论复位时选择何种Endian模式，HPI16都使用HD[15：0]作为数据引脚。HPI32具有32位的数据总线，使用该增加的总线宽度，所有传输均为一个32位的字传输，而不是两个连续的16位半字。在本设计中采用HPI32总线模式。
主机EMIF配置
对主机，EMIFA (64位总线)和EMIFB (16位总线)都可以与HPI相连。在HPI16模式下，可以采用EMIFB，在HPI32模式下，可以采用EMIFA。在本设计中，影射EMIFA CE1存储器空间为主机接口，对CE1空间控制寄存器的设置。
硬件连接
从C6416 HPI寄存器的编址方式可以看出，主机需两根地址线寻址到HPI接口的控制寄存器、地址寄存器和数据寄存器，因此选择主机的地址线A3、A2连接C6416 HPI的HCNTL1、HCNTL0。HPI的选通由HCS、HDS1、HDS2三根信号线共同作用，最后的HPI使能信号(STROBE)为HDS1异或HDS2后，再与HCS进行与非运算的结果。若将HPI接口安排在主机的ACE1区域(即地址范围0X90000000-0X9FFFFFFF)，则直接将主机的片选信号ACE1接到HCS，而将读写信号RE、WE分别接到HDS1、HDS2。对于HR/W信号，可以连接到地址线A4，当A4=1时，代表读操作，反之为写操作。
若使用HPI16，可以使用主机的地址线A1接HHWIL来完成高低字节的识别：当A1=0时，表示为第一字节;A1=1时表示第二字节。
由于主机的ARDY信号和C6416 HPI接口的HRDY信号逻辑刚好相反，因此要将HRDY信号经过反相后再接ARDY信号。C6416 HPI的HINT信号可以直接连接到主机的EXT_INT7引脚上实现HPI对主机的中断信号连接。HPI接口信号线中的HAS线直接拉高。
软件设计
主机必须按照顺序进行HPI访问：
(1)初始化HPI控制(HPIC)寄存器;
(2)初始化HPI控制(HPIA)寄存器;
(3)写数据到HPI数据(HPID)寄存器或从HPID寄存器读取数据。
一旦HPI被初始化，主机就可以固定地址模式或自动增加模式对DSP地址进行读写访问，下面以HPI接口地址增加模式写操作为例来介绍。
实验结果
HPI的数据传输速率可以通过在单位时间内传输的数据量来表示，其计算公式如下
cpuclk： CPU时钟周期
latency： 从主机开始传输到目标准备转移第一个数据所需周期数
xfer：传输n个字所需周期数
结束语
本文介绍了主机接口HPI的特点，通过实验得出HPI的数据传输速率。该方案灵活简单，适用于含有HPI接口的DSP应用系统，从而为开发人员提供了一种全新的数据共享传输方案。其特点是通用、高速且不需辅助硬件，具有很好的实际应用前景。
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