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MCU+DSP嵌入式平台的i机接口设计
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2017-10-29
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自动化控制要求实时采集数据，快速控制，多样分析，通信灵活，虽然采用单个处理器构成的硬件平台不能满足要求。采用以MCU+DSP双处理器为核心的硬件平台则是较合理的设计方案。利用DSP实现数据实时采集、分析、计算；MCU完成管理、通信、人机接口等异步系统控制功能。该硬件平台的MCU与DSP接口设计与数据传输是系统设计的重要部分，将直接影响系统性能和数据传输效率。数据传输通常采用双端口RAM、串行通信、并行主机等接口方式。其中，并行主机接口的方式可以满足大量数据实时传输要求。这里以MCF5272型和ADSP-BF527型数字信号处理器构建一种MCU+DSP双处理器的嵌入式平台，详细论述DSP通过主机DMA端口（Host DMA Port，简称HOSTDP）实现主机引导加载程序以及DSP与主机的通信。
2 MCU+DSP双处理器接口设计
图l为MCU+DSP双处理器ADSP-BF527与MCF5272的接口电路。该嵌入式平台采用ColdFire系列的MCF5272型MCU作为主机。MCF5272具有基于第二代ColdFire V2的内核，32位数据和地址总线，SDRAM接口，4个16位定时器，3通道PWM输出，主频高达66 MHz，丰富的外部接口和较强的通信功能。此外，该器件还具有出色的编码密度和系统性能。
图1 ADSP-BF527与MCF5272的接口电路
该系统DSP采用ADSP-BF527型数字信号处理器，该器件采用了微信号架构（MSA），时钟频率达600 MHz，功耗低至O．8 V，支持强大的片上总线系统，具有多个独立的DMA控制器，拥有较强的并行数据处理能力。ADSP-BF527带有一个HOSTDP，便于与外部主机构成双处理器架构，完成多种数据处理和控制任务。ADSP-BF527的HOSTDP内部分为主机外部接口模块（HEI）、外围访问总线（PAB）接口模块、FIFO模块、控制逻辑模块和DMA接口模块。
图1中，接口电路各信号的功能为：HWAIT为握手信号，防止Boot Kernel忙时主机写数据；HOST_DATA为16位数据总线，主机与从机数据交换的通道；HOST_ADDR为访问属性信号，O表示访问数据接口，l表示访问配置接口；HOST_CE为主机对从机使能；HOST_WR为主机写入HOSTDP使能信号；HOST_RD为主机读取HOSTDP使能信号；HOST_ACK为数据传输握手信号，应答模式下为HRDY，中断模式下为FRDY；TOUT为读写操作超时信号，应答模式下Host—Timeout计数溢出时产生；BMODE［3：0］为启动模式设置信号。
3 ADSP—BF527启动与程序加载
ADSP—BF527复位包括硬件和软件复位，复位中断优先级最高。当释放RESET信号后，该处理器开始从片内BootROM的0xEF00 0000地址读取指令并执行。片内Boot ROM含有一个Boot引导核，用于预引导和加载用户数据。
3．1 预引导
ADSP—BF527复位后，Boot引导核首先调用Preboot子程序。Preboot子程序通过访问一次可编程ROM（OTP）中的工厂设置页（FPS）和预引导设置页（PBS）来设置系统映射寄存器（MMR），包括锁相环（PLL）、电源调节、SDRAM控制器、异步外部总线接口单元（EBIU）、HWAIT的信号模式以及0TP定制引导。
PBS由用户设置，每次使用4页。当PBS出现错误时，可置0TPINVALID位，使其无效，再使用下一个4页。如果设置PBS首页的PLL和电源调节错误，可采用BMODE=0000引导模式补救。该模式预引导程序不读取PBS页，FPS处理后，ADSP-BF527处理器变为空闲状态。
处于安全考虑，PBS页设置引导模式禁止／使能位，禁止其他引导方式。这样即使BMODE引脚设置对应这些禁止引导方式，不会引导Boot引导核进入空闲状态。
2 MCU+DSP双处理器接口设计
图l为MCU+DSP双处理器ADSP-BF527与MCF5272的接口电路。该嵌入式平台采用ColdFire系列的MCF5272型MCU作为主机。MCF5272具有基于第二代ColdFire V2的内核，32位数据和地址总线，SDRAM接口，4个16位定时器，3通道PWM输出，主频高达66 MHz，丰富的外部接口和较强的通信功能。此外，该器件还具有出色的编码密度和系统性能。
图1 ADSP-BF527与MCF5272的接口电路
该系统DSP采用ADSP-BF527型数字信号处理器，该器件采用了微信号架构（MSA），时钟频率达600 MHz，功耗低至O．8 V，支持强大的片上总线系统，具有多个独立的DMA控制器，拥有较强的并行数据处理能力。ADSP-BF527带有一个HOSTDP，便于与外部主机构成双处理器架构，完成多种数据处理和控制任务。ADSP-BF527的HOSTDP内部分为主机外部接口模块（HEI）、外围访问总线（PAB）接口模块、FIFO模块、控制逻辑模块和DMA接口模块。
图1中，接口电路各信号的功能为：HWAIT为握手信号，防止Boot Kernel忙时主机写数据；HOST_DATA为16位数据总线，主机与从机数据交换的通道；HOST_ADDR为访问属性信号，O表示访问数据接口，l表示访问配置接口；HOST_CE为主机对从机使能；HOST_WR为主机写入HOSTDP使能信号；HOST_RD为主机读取HOSTDP使能信号；HOST_ACK为数据传输握手信号，应答模式下为HRDY，中断模式下为FRDY；TOUT为读写操作超时信号，应答模式下Host—Timeout计数溢出时产生；BMODE［3：0］为启动模式设置信号。
3 ADSP—BF527启动与程序加载
ADSP—BF527复位包括硬件和软件复位，复位中断优先级最高。当释放RESET信号后，该处理器开始从片内BootROM的0xEF00 0000地址读取指令并执行。片内Boot ROM含有一个Boot引导核，用于预引导和加载用户数据。
3．1 预引导
ADSP—BF527复位后，Boot引导核首先调用Preboot子程序。Preboot子程序通过访问一次可编程ROM（OTP）中的工厂设置页（FPS）和预引导设置页（PBS）来设置系统映射寄存器（MMR），包括锁相环（PLL）、电源调节、SDRAM控制器、异步外部总线接口单元（EBIU）、HWAIT的信号模式以及0TP定制引导。
PBS由用户设置，每次使用4页。当PBS出现错误时，可置0TPINVALID位，使其无效，再使用下一个4页。如果设置PBS首页的PLL和电源调节错误，可采用BMODE=0000引导模式补救。该模式预引导程序不读取PBS页，FPS处理后，ADSP-BF527处理器变为空闲状态。
处于安全考虑，PBS页设置引导模式禁止／使能位，禁止其他引导方式。这样即使BMODE引脚设置对应这些禁止引导方式，不会引导Boot引导核进入空闲状态。
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