基于HPI的ARM与DSP双核通信实现

通信电子技术CommunicationsElectronics 电子技术 基于HPI的ARM与DSP双核通信实现 刘乔缪思恩 (浙江大学能源 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 学系) 摘要：本文介绍了基于ARM与DSP双核架构的振动数据采集系统中利用HPI实现高速数据传送的方法，利用HPI 还可同时实现DSP的主机加载启动，无需增)Ju#t-围器件。测试结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明，HPI可以实现ARM与DSP之间的高速稳定数据 传送。系统性能良好，具有较高的实用价值。 关键词：AT91RM9200；TMS320C6713；主机接口；主机加载 ImplementationoftheCommunicationbetweenARMandDSPBasedonHPI LiuQliaoMiaoSien (DepartmentofEnergyEngineering，ZhejiangUniversity) Abstract：TheimplementationofhighspeeddatatransferviaHPIforvibrationdataacquisitionsystembasedonARM andDSPisintroduced．MoreovenaconvenientDSPbootprocess，usingHPlwithoutperipherals，ispresented．Thetesting resultsshowthatthedatatransferbetweenARMandDSPcanbeimplementedsteadilyathighspeed．Thesystemhassignificant valueforpracticalapplication．andmeetsthedemandofhigh—performancesystem． Keywords：AT9lRM9200；TM$320C6713；HPI；HPIboot 随着高新技术的发展，忡核芯片已经无法满足用户 对便携性、实时性和多功能竹i4i断提高的要求，使得多核 芯片的协同设计成为了必然需求。凭借ARM芯片功耗低、 接口丰富、控制能力强以及DSP心-I-I-门!。数据处理速度快、精 度高、抗干扰性好的优势，现往ARM和DSP的协同T作 在嵌入式系统中得到了广泛应用。凶此，实现ARM和 DSP之间的快速通信成了提高系统运行速度和综合性能的 关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。 本文结合一个基于ARM+DSP双核架构的振动数据采 集系统的开发，介绍了ARM和DsP系统之问基于HPI的通 信接口设计，并给出了通过ARM对DSP进行主机加载的 一种简单方法。 1系统的基本构成 本系统的丰要功能是实时采集旋转机械的振动信号， 经过预处理后通过以太嘲将数据传送给卜位机。系统{要 由振动信号调理模块、A／D转换模块、键牛}{信号处理模块、 存储器模块、以太网接口模块和电源模块组成，其原理框 图如图l所示。 设计采用ARM+DSP的双核结构，以充分发挥两种处 理器各自的优势，获得更高性能。ARM作为主处理器， 负责任务管理， 通过以太网与上位机进行数据传送；而 DSP作为从处理器，负责A／D模块采样和数据预处理。经 过预处理的数据通过DSP的HPI传送给ARM，由ARM通过 以太网接口进‘步传送给上位机进行数据 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 处理，从而 了解旋转机械当前的工作状态，并进行振动分析及故障诊 断。本系统的ARM处理器采用了ATMEL公司的ARM9系 列微控制器AT91RM9200，这是一款工qk级的产品，基于 ARM920T处理器，5级流水线，哈佛结构，具有丰富的系 统资源，时钟频率为180MHz，处理速度可以达到 200MIPS(每秒百力．条指令)，是针对系统控制和通讯领域 推出的32位RISC微控制器。DSP采用TI公司的32位浮点型 TMS320C6713芯片，其片内有8个并行处理单元，每周期 可以执行8条32位指令。芯片的最高时钟频率为300MHz， 当8个处理单元同时运行时，其最大处理能力可达_2400MIPS， 52 主要用在需要南浮点运算提供精密性和动态范围的高性 能信号处理场合中[1，2]。 图l数据采集系统原理框图 2 ARM与DSP接口设计 ARM与DSP之间的通信可以通过双口RAM、串行接 口或HPI进行。相比其他方式，HPI方式不需要增加外围 逻辑电路，更简单方便。DSP在通过HPI和主机通信的过 程中完全没有硬件和软件丌销，由DSP自身硬件协调冲 突，从而不会打断DSP正常的程序运行，非常适合于实 时性要求高、数据传输量大的场合。 2．1TM$320C6713的主机接口(HPI) TMS320C6713的主机接uHPI足一个16位的并行端 口，外部主机对该接L]具有主动控制权，它通过HPI可以 直接访问DSP的内部存储器空间或地址映射到存储器空 间的外嗣设备。 TM$320C6713的HPI用三个32位寄存器来完成外部 主机和DSP之间的通信，它们是HPI数据寄存器HPID、 HPI地址寄存器HPIA和HPI控制寄存器HPIC。HPID中存 放的是外部主机从DSP存储窀问中读取的数据，或者是 外部主机向DSP存储窄问中写入的数据，HPIA中存放的 是外部主机访问DSP存储空间的地址，HPIC中存放的是 外部主机对DSP的控制信息。HPIC寄存器的高半字保留， 低半字如图2。其中HRDY位是DSP输出给外部主机的准 备就绪信号，HINT位是DSP向外部主机发出的中断请求， DSPINT位是外部主机向DSP发出的中断请求，HWOB是 万方数据 通信电子技术CommunicationsElectronics 电子技术 半字顺序。外部主机和DSP都可以访问HPIC，但只有外 部主机可以访问HPIA和HPID[3]。 TMS320C67l3与HPI有关的控制信号线还有 HI：m，[O．．1J、矾帅，、HR／矿‘HCS、HDSI和HDS2。 其中HCNTL[0．．1]用来区分外部主机当前访问的HPI寄 存器，所指示的4种状态如表1。HHWIL是半字识别指示 信号，用来区分当前传输的是第一个半字还是第二个半 字。舢／矿是主机发出的读／写选择信号。选通信号再西、丽或丽一起使用时，在片内组合成一个低电平有 效内部信号蕊丽i石西西。通过这些控制信号线可以顺利实 现HPI的读／写操作。 表1土机访问11PI寄存器选择信号HClCI'L[0．．1】 HCNTL0HCNI工l 功能 O 0 主机对控制寄存器HPIC读／写 l 0 主机对地址寄存器HPIA凄，写 0 l 主机以地址自动增加方式盯数据寄存器lIPID读，写 l l 主机以固定地址对数据寄存器}口m瘿／写 2．2ARM与DSP硬件接口设计 TMS320C6713通过单独的16位数据线HD[0．．15]和9 条控制线与AT9lRM9200进行连接，如图3所示。在ARM 与DSP通过HPI进行通信的过程中，除了中断ARM需要 DSP主动参与外，其余操作DSP都处于被动状态。所以对 于ARM来说，DSP就相当于一片外接的1竽储器[4]。表2给 出了HPI初始化和在固定地址方式下读／写操作的信号控 制逻辑。 ^1。91f疆9200 TRS320C6713 D【0．．15】 哪[0．．is] ^l 黑：廿 EDI^地^2 H∞rrL0一 址产生 硬件 ^3 =1}Cs+—_’I|H"0S7 嗍|c0 肺 批藏H3I'I铷 NW^IT——q一 —HR—DYI口IcII均3 ●___'_—— 3．3V 图3AT91RM9200与TMS320c6713的硬件连接 表2ItPI初始化和读／弓操作的控制逻辑(HWOB=1) {j，同期问的值 操作 ■件 HR|wnc"rr_[01l mnm 主机写船Ic 第一十车宇 主机写Ⅲ口c i 第二十半字 O 0 I 主机弓咿IA 第1’半字 10 圭机写时IA 第1‘阜宇 0 0 1 主机l聋心m 第一1’半字 I (投准备好) # 主机leHPID第一1’半字 O (己准备好) 主机博}tPID 孽二1‘半聿 l 主机写耻Ⅲ 第一’、半字 l 0 辱待酌定完成 皇机弓船Ⅲ i 第十单竿 0 0 0 主机写心ID 第i1’阜掌 1l O 哥符诮问完戚 't 2．3HPI的数据传送过程 数据采集系统工作过程中，DSP控制A／D模块进行采 样，并将采样结果暂存于内部RAM中，当内部RAM中的 采样数据达到一定数量时，DSP通过HPI的砀丽；信号线对 主j6ILARM发出中断请求，ARM响应中断开始对DSP的采 样存储空间进行读取。读数开始前ARM应先对HPI控制 寄存器HPIC和地址寄存器HPIA进行初始化，由于HPIC 寄存器l{1的HWOB位决定了HPIA的访问方式，故应先设 置HWOB位，然后ARM才可以按正确的次序把一个32位 地址分为两个半字写入HPIA中，再从HPID寄存器中读取 数据。读HPID会初始化一个内部周期，在该周期期间 HPID与DSP内部地址产生硬件之间进行期挈数据的传输。 读操作时读取的数据是来自前一次访问所指定的地址， 并且当前的访问为下一个周期实现初始化。如果前一次 HPI的访问尚未完成，则葡面可引脚为高电平，当前的读 取操作处于等待状态。为提高批量数据的传输速度，读 取数据时应采用地址自动增加的方式。 3TM$320C6713主机加载的实现 TMS320C6713DSP捉供了灵活的加载方式，包括不 加载、EMIF加载和主机加载(HPIBOOT)3种。其中主机 加载不需要增加额外的外围器件，且便于DSP程序的更 新和修改，具有更好的灵活性和方便性。 3．1主机加载的流程 主机通过HPI加载的流程如图4所示。将 TMS320C6713HPI的HD[3．．4]引脚下拉，选择主机加载 模式。对DSP进行复位操作，此时只有DSP的内核进入复 位状态，其余部分保持激活状态。加载过程中外部主机 ARM通过HPI初始化DSP的整个存储空间。相关初始化设 置完成后，加载DSP可执行程序以及数据到指定的存储 空间。加载完成后向HPI控制寄存器HPIC的DSPINT位写 l，此时DSP退出复位状态，开始从地址0处执行指令[5I。 至少1咖凋期 ·_}一 闭4HPI加载流程图 3．2主机加载的方法 在DSP软件开发中一般都会用至Uccs集成开发环境， 由CCS产生的．aII咽标文件是COFF格式，不是二进制文件， 所以不能直接作为DSP的加载内容。为将CCS产牛的．out 目标文件转换成可加载的二进制代码，通常需要使用一 些格式转换工具或自行编写格式转换程序和命令文件， 操作起来比较繁琐，不易掌握。本文介绍的方法可以较 简便地得到可用于DSPjJll载的_二进制代码。 在加载过程中，需要加载的内容有初始化代码段(如 ．vectors和．text)，初始化数据段(如．cinit、．const、．switch、 ．data等)。所有未初始化段(属性为uninitialized)都不需要 进行加载。从编译DSP应用程序后CCS产生的．map文件中 可以看到这砦段的信息，包括起止地址、长度及属性， 从中找H{所有初始化段，这些初始化段可能是不连续的。 为简化加载过程，可以通过修改．cmd文件将所有初始化 段调整到一个连续的内存段中。这样，在加载过程中只 (下接51页) 万方数据 通信电子技术CommunicationsElectronics 电子技术 利用普通半导体激光器(如激光二极管)，采用载波 电流调制激光强度的方式，完全可以实现文字符号信息 的传递和语音通讯功能，与外调制方式或其他内调制方 式相比，此调制方式无需任何其他昂贵的设备和光学材 料，极大地降低了成本，调制和解调更简单，体积更小， 功耗极低。 直接调制表现为光束的亮暗变化，形象直观，原理 演示简介明了；系统的软件非常灵活，可以应用多种编 码方式，自行制定通信编码和协议，所以更适合于教学 演示。系统可以采用 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 的串口通信协议，传输速率可 以达到普通串口的速率9600b／s，甚至更高，更容易实现 与其他设备的无缝连接。 此外，系统可以进一步完善改进，实现高速的全数 字双向通信，应用于实际的仪器通信、设备遥控、音频 视频的同步传输以及特殊场合的通信，如果加装瞄准装 置，还可以进行远距离通信。如果在发射端利用 MAX038函数发生器，把逻辑”1”和”0”转变成按照两种 不同频率振荡的光强信号发送，在接收端利用锁相环解 码接收，那么就町以实现二次调制，提高系统的抗干扰 能力。 参考文献： [1]杨素行．模拟电子技术基础简明教程(第三版)[M]． 北京：高等教育出版，2006：318． [2]张义和，等．例说5l单片机(c语言版)[M]．北京：人 民邮电出版社，2008：244—264． [3]孙肖子．模拟电子电路及技术基础(第二版)[M]．西 安：西安屯子科技大学出版社2008，1：23—96． [4]李玉权，朱勇，王江平．光通信原理与技术[M]．北 京：科学出版社，2006：290-350． [5]柯熙政，席晓莉．无线激光通信概论[M]．北京：北京 邮电大学出版社，2004：卜50． 作者简介： 孔令斌，中国地质大学(武汉)数学物理学院 电话：15926231829 电子信箱：konglingbin66@126．com 联系地址：湖北省武汉市洪山区中国地质大学(武汉) 1200837班信箱(430074) 51 (上接53页) 需加载一个段即可。将已调整好的DSP应用程序，由仿 真器加载至IJDSP的内部RAM里。通过HPI把所有初始化段 内容读入ARM的指定内存空间中，再用烧写工具直接固化到删的外部存储器FLASH中。在主机加载时ARM只 要将所有初始化段的内容通过HPI写回DSP'I'原先的地址， 就可以让DSP正常运行。这种方法非常适用于一些对内存 要求不高的简单应用场合。 4测试结果 按卜面所介绍的方法在ARM的外部存储器FLASH中 固化好应用程序，启动丰机后ARM通过HPI对DSP进行主 机加载，加载完成后DSP耳O进入正常工作状态。为测试通 过HPI进彳亍数据传输的速度，在ARM上选一I／O口线作为 输出，事先将该口线清零，在HPI数据传输开始时将该口 线置1，传输结束后将该口线重新清零。通过示波器观察 该口线高电平的延续时间，即可得到数据传输速度。通过 实测，在本系统中，传输10kB数据耗时约2．5ms，即 4MB／s，完全能够满足数据采集系统高速性和实时性的要求。 5结束语 本文通过HPI实现了AT91RM9200与TMS320C6713之 间的高速数据通信，提高了振动数据采集系统的性能。 ARM+DSP的嵌入式系统平台具有低功耗和高可扩展性， 为今后的系统功能扩展和完善提供了较大空间。本文介绍 的双核硬件架构简单可靠，具有通用性，只要稍加修改即 可应用于各种不同场合，具有较高的实用价值。 参考文献： [1]ATMELCorporation．AT91RM9200TechnicalReference Manual[R]．2005． [2]TexasInstruments．TM$320C671 3DataSheet[R]．2005． [3]于凤芹．TMS320C6000DSP结构原理与硬件设计[M]． 北京：北京航空航天大学出版社，2008． [4]何飞，叶梧，等．ARM$3C4510B与DSP6416互连的 接口设计[J]．微计算机信息．2005，21(4)：117—118． [5]TexasInstruments．ImplementingtheTMS320C6201／ C6701／C6211HPIBootProcess[R]．1999． 作者简介： 刘乔(1986一)，男，江西南昌人，浙江大学硕士研究生， 从事嵌入式数据采集系统的开发 电话：0571—87951178；13958152251 电子信箱：liuqiao3@1 ．_63corn 联系地址：浙江省杭州市西湖区浙大路38号浙江大学玉泉 校区李达三能源楼323室(310027) 缪思恩，男，副教授，浙江大学硕士生导师，主要研究方 向电厂中振动故障诊断 万方数据