引言

隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)、實(shí)施和物聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，越來(lái)越多的終端設(shè)備通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的數(shù)據(jù)采集，這些數(shù)據(jù)終端數(shù)量眾多，分布范圍廣。當(dāng)這些終端設(shè)備中的MCU應(yīng)用軟件發(fā)現(xiàn)BUG，或需要對(duì)MCU應(yīng)用軟件進(jìn)行升級(jí)則是一件非常麻煩、艱巨的任務(wù)。如果能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或串行接口實(shí)現(xiàn)MCU應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程下載，將會(huì)帶來(lái)方便。本文介紹一種DSP應(yīng)用程序的遠(yuǎn)程下載技術(shù)。

1 TMS320VC5402及其HPI接口簡(jiǎn)介

TMS320VC5402是TI公司為實(shí)現(xiàn)低功耗、高性能實(shí)時(shí)信號(hào)處理的定點(diǎn)16位DSP，它采用改進(jìn)型哈佛結(jié)構(gòu)，具有很高的運(yùn)行速度，非常適合在信號(hào)處理方面的應(yīng)用，如濾波、頻譜分析等場(chǎng)合。其突出的優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)使它在通信、語(yǔ)音、儀器儀表、電力測(cè)控終端等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

TMS320VC5402的應(yīng)用程序在其內(nèi)部的RAM中運(yùn)行，因此，在上電時(shí)需要利用HPI接口將程序傳送到內(nèi)部RAM中，TMS320VC5402的HPI是增強(qiáng)型8位主機(jī)接口。HPI即主機(jī)接口，它實(shí)際上是一個(gè)8位的并行接口，可以和任何一個(gè)外部的8位并行接口連接，在大多數(shù)情況下這個(gè)外部的8位并行口可以是其他MCU的8位I/O口。對(duì)于TMS320VC5402來(lái)說(shuō)，這個(gè)MCU就是“主機(jī)”以下簡(jiǎn)稱為主MCU。當(dāng)TMS320VC5402與主機(jī)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，HPI能自動(dòng)將傳送來(lái)的8位數(shù)據(jù)組合成為16位數(shù)據(jù)，并傳送到TMS320VC5402內(nèi)部指定地址的RAM單元中，代碼傳送完畢后，主MCU再傳送DSP應(yīng)用程序的入口地址。傳送結(jié)束后TMS320VC5402即可從指定的地址開(kāi)始執(zhí)行應(yīng)用程序。

2 HPI與主機(jī)接口的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

主MCU和TMS320C5416的連接示意如圖1所示，圖中8位數(shù)據(jù)線用來(lái)實(shí)現(xiàn)DSP與主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸，控制信號(hào)線用來(lái)指定進(jìn)行的操作。

HPI包含3個(gè)內(nèi)部寄存器，分別為：HPIC、HPIA、HPID。HPIC是一個(gè)16位的內(nèi)部控制寄存器，HPIA是16位的地址寄存器，HPID是數(shù)據(jù)寄存器。由于HPI接口的數(shù)據(jù)線是8位的，故主MCU在讀寫(xiě)HPI寄存器時(shí)，每次必須按2個(gè)字節(jié)操作，字節(jié)的高低順序由HPIC設(shè)定。而主MCU要寫(xiě)HPIC時(shí)，第1個(gè)字節(jié)和第2個(gè)字節(jié)的內(nèi)容必須是相同值，專用的HBIL引腳信號(hào)用來(lái)確定傳輸?shù)氖堑?字節(jié)還是第2字節(jié)。HPIC的BOB位決定是第1個(gè)字節(jié)還是第2個(gè)字節(jié)放置在高8位。HCNTL0/1用來(lái)說(shuō)明哪個(gè)HPI的內(nèi)部寄存器被主機(jī)訪問(wèn)。具體說(shuō)明如表1所列。

HDS1、HDS2是兩個(gè)數(shù)據(jù)選通信號(hào)，HAS是地址鎖存信號(hào)，HCS是HPI接口的選中信號(hào)，而HR/W是讀/寫(xiě)控制信號(hào)。詳情及HPIC寄存器各位的用途請(qǐng)參考TMS320VC5402技術(shù)手冊(cè)，這里不再贅述。

主MCU通過(guò)HPIC、HPIA、HPID寄存器與TMS320VC5402進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)交換的過(guò)程如下：

①初始化HPIC;

②把地址寫(xiě)到HPIA中;

③通過(guò)HPID讀或?qū)憯?shù)據(jù)。

一般情況下，對(duì)DSP的HPIC進(jìn)行初始化后，無(wú)須再對(duì)其進(jìn)行初始化，其余工作由主MCU完成。主MCU和TMS320VC5402的連接圖如圖1所示。

用8051單片機(jī)作為主MCU實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用程序遠(yuǎn)程下載的實(shí)現(xiàn)方案中，主MCU使用的是C8051F236，用C8051F236的P1口作為數(shù)據(jù)線與DSP的HPI接口連接，C8051F236的P2口分別作為HPI接口的控制信號(hào)線，P0.5連接到DSP的復(fù)位引腳。C8051F236的串行接口擴(kuò)展MAX485，以便通過(guò)RS485串行接口接收PC機(jī)傳送的DSP應(yīng)用程序，當(dāng)然也可以為主MCU擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送DSP應(yīng)用程序。

擴(kuò)展的I2C總線接口EEPROM存儲(chǔ)器AT24C1024用于存放DSP應(yīng)用程序的HEX文件，AT24C1024的容量為256 KB，對(duì)于一般應(yīng)用程序的HEX文件是夠用的。工作時(shí)PC機(jī)利用通信接口將DSP的應(yīng)用程序和程序的入口地址傳送給主MCU，并在EEPROM中存放。然后主MCU控制DSP復(fù)位，進(jìn)入引導(dǎo)工作方式，主MCU讀取存放在AT24C1024中的HEX文件，經(jīng)解析后產(chǎn)生機(jī)器碼，并逐字節(jié)通過(guò)HPI接口傳送給DSP，完成程序的更新。

TMS320VC5402在片上ROM中固化了引導(dǎo)程序，當(dāng)DSP工作在微計(jì)算機(jī)模式(MP/MC=0)下，上電復(fù)位后會(huì)自動(dòng)執(zhí)行引導(dǎo)程序，引導(dǎo)程序會(huì)初始化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的007EH和007FH兩個(gè)單元，使其初始值為0，然后檢測(cè)引導(dǎo)模式。首先檢測(cè)當(dāng)前是否是HPI引導(dǎo)模式，在確認(rèn)引導(dǎo)模式后，按照相應(yīng)的操作自動(dòng)從HPI接口傳送用戶代碼到內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在完成用戶代碼引導(dǎo)后，主MCU執(zhí)行寫(xiě)入口地址操作，即將應(yīng)用程序的入口地址寫(xiě)入到007EH和007FH。如果TMS320VC5402檢測(cè)到007EH和007FH內(nèi)容的變化后，馬上從入口地址處開(kāi)始運(yùn)行用戶程序，引導(dǎo)過(guò)程結(jié)束，DSP正常運(yùn)行應(yīng)用程序。

3 主MCU軟件設(shè)計(jì)

涉及HPI功能的主MCU軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：一是HPI接口的訪問(wèn);二是HEX文件的解析。

(1)HPI接口軟件設(shè)計(jì)

在對(duì)HPI接口訪問(wèn)時(shí)，一般首先要通過(guò)寫(xiě)入控制字到HIPC寄存器中，以設(shè)置HPI的工作方式。但在大多數(shù)情況下，使用HPIC的默認(rèn)值即可，故不需要專門(mén)對(duì)HPIC進(jìn)行操作，程序中僅需對(duì)HPIA和HPID進(jìn)行操作。以下為對(duì)HPIA進(jìn)行寫(xiě)操作的程序，將需要操作的存儲(chǔ)器的地址傳送到HPIA中。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，程序已作了簡(jiǎn)化處理：

將存儲(chǔ)器地址傳送到HPIA后即可傳送程序的機(jī)器碼，程序結(jié)構(gòu)與上述類似。需要注意的是，在通過(guò)HPID讀/寫(xiě)DSP內(nèi)部的存儲(chǔ)器時(shí)，被讀/寫(xiě)存儲(chǔ)器單元的地址由HPIA指定，并且可以實(shí)現(xiàn)HCNTL0、HCNTL1設(shè)置為讀/寫(xiě)HPID時(shí)HPIA的值自動(dòng)加1，這樣就不需要每次讀/寫(xiě)HPID之前先傳送地址到HPIA中，簡(jiǎn)化了程序設(shè)計(jì)。

(2)DSP代碼下載程序設(shè)計(jì)

DSP應(yīng)用程序代碼通過(guò)串行接口傳送到主MCU并保存在EEPROM中后，主MCU即可在任何需要的時(shí)候?qū)⒋a下載到DSP中。一般來(lái)說(shuō)傳送的DSP應(yīng)用程序是HEX文件。HEX文件是一個(gè)文本文件，它以記錄的方式存放應(yīng)用程序的機(jī)器碼及其地址。因此主MCU需要按記錄從EEPROM中讀取HEX文件，并對(duì)其進(jìn)行分析，得到應(yīng)用程序的機(jī)器碼和其地址，然后通過(guò)HPI接口程序傳送到DSP中。由于HEX文件中不包含應(yīng)用程序的入口地址，所以PC機(jī)軟件需要單獨(dú)將應(yīng)用程序的入口地址傳送給主MCU，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，HEX文件記錄的結(jié)構(gòu)及其分析不再贅述，可參考其他相關(guān)資料。將代碼傳送到DSP的程序流程圖如圖2所示。

在DSP應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)中，使用CCS編譯、鏈接后生成.out文件，此文件為COFF格式文件，不能直接用于主機(jī)引導(dǎo)，需要利用其他的工具將其轉(zhuǎn)換成HEX文件，至于DSP應(yīng)用程序的入口地址可以從MAP文件中得到。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種利用通信接口實(shí)現(xiàn)DSP應(yīng)用程序遠(yuǎn)程下載的方法，該方法簡(jiǎn)單易行，已經(jīng)在我們所開(kāi)發(fā)的項(xiàng)目中得到應(yīng)用。雖然文中介紹的是利用RS485接口實(shí)現(xiàn)，事實(shí)上稍加改變，即可利用任意一種通信方式實(shí)現(xiàn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。