基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置及通信方法与流程

本发明属于实现多DSP之间通信的领域，特别是涉及一种基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置及通信方法。

背景技术：

数字信号处理器DSP自诞生以来，发展极其迅速，其应用已经涉及航天航空、工业控制、电力系统等各个领域。虽然DSP的功能日益强大，但很多场合仍需要多个DSP协同工作来实现应有的功能，尤其对于实时性要求较高的场合，多DSP之间如何实现高效和稳定的通信就显得尤为重要。

目前比较广泛的多个DSP间的通信方式，是串行工作方式中的串口通信和双口RAM通信，这两种方法一般都会占用DSP较多的时间资源，传输速度较慢，实时性较差，影响DSP的效率。

HPI(host port interface)接口，是TI的TMS320C6000系列DSP配置的并行接口。而HPI接口可以让外部的主机直接访问DSP内存映射的部分内存，而无需DSP干预。本发明就是利用这一特点，通过操作多个DSP的HPI接口来实现多个DSP之间的通信。

技术实现要素：

为了解决目前多个DSP间的串口通信和双口RAM通信会占用DSP较多的时间资源、传输速度较慢、实时性较差、影响DSP的效率等技术问题，本发明采用现场可编程逻辑门阵列FPGA作为主机，多个DSP作为从机，通过FPGA操作多个DSP的HPI接口，对需要通信的多个DSP的HPI接口进行读写操作，来实现多DSP之间的通信。

基于FPGA处理速度快、并行处理的特性，使用FPGA来完成数据交换的中转功能。中转过程用时较少，基本等同于任意两个DSP或多个DSP之间的直接通信。本发明可用于TMS320C6000全系列DSP的HPI接口之间的通信，具有很强的通用性。

本发明为解决上述技术问题，所采取的技术方案是：

基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置，包括：作为主机的一个FPGA，作为从机的、带有HPI接口的至少两个DSP，在FPGA中分区存储每个DSP所对应的HPI读写操作控制模块、数据缓存区读写模块、缓存区数据交互模块。

HPI读写操作控制模块，实现FPGA对HPI接口的读写操作，采用的是先读后写的操作方式，读采用的定时读，即每隔一定的时间，FPGA对需要通信的DSP的HPI接口进行读操作，以获取各DSP需要发送给其他DSP的数据；而对于写操作，则要等待FPGA将某DSP所需要写入的数据全部准备好后，才能将数据通过HPI接口写入DSP。

HPI读写操作控制模块包括两部分：一是HPI数据读写时序部分，负责构建对DSP进行数据读写时所需要的控制逻辑，读操作和写操作分别置于相互独立的程序模块内、触发的条件互斥，否则会产生HPI接口访问错误；二是HPI接口控制信号输出部分，负责向HPI数据读写时序部分输出所需要的HPI控制信号，读操作采用定时读以获取各DSP需要发送给其他DSP的数据，以HPI接口定时读标志到达为控制条件，而写操作则要等待FPGA将待写入数据的DSP所需要写入的数据全部准备好并将写缓存完成标志置起后才执行。

数据缓存区读写模块，包含至少2个数据缓存区，一个是读缓存区，用于存储通过HPI接口读出的所应对的DSP内部RAM数据；另一个是写缓存区，用于存储需要写给所对应的DSP的有效数据；此模块还对定时器进行定时设置以产生相应的HPI接口定时读标志。

缓存区数据交互模块，负责将除待写入数据的DSP以外的其他DSP的读缓存区的数据进行汇总和处理，并按照一定的格式存储在该待写入数据的DSP对应的写缓存区内，完成后将该DSP的写缓存区的写缓存完成标志置起。如果某个数字信号处理器DSPn需要其他DSP的数据，由于FPGA从各DSP读取的数据长度不一定相同，故所需时间也有所差异，FPGA要等待所有读缓存区读取动作全部完成后，才能进行缓存区数据的汇总和处理，处理完成后按照一定的格式存储在DSPn对应的HPI接口的写缓存区内，存储完成后，将DSPn写缓存区的写缓存完成标志置起。

FPGA通过控制线实现对HPI接口的控制、通过数据线实现与HPI接口间的数据交互。

基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置的通信方法，包括以下步骤：

步骤1、在FPGA中为需要通信的DSP分别构建其各自的HPI读写操作控制模块、数据缓存区读写模块、缓存区数据交互模块，所述数据缓存区读写模块包含一个读缓存区和一个写缓存区；

步骤2、各DSP的HPI读写操作控制模块并行分别读取各自的内存数据并放置该DSP所对应的读缓存区内；

步骤2-1、等待HPI接口定时读标志是否到达，若否，则继续等待，若是，则初始化该DSP的HPIC寄存器、HPIA寄存器，并转步骤2-2；

步骤2-2、FPGA利用HPI读写操作控制模块通过HPI接口读取该DSP的内存数据，并放置在该DSP所对应的读缓存区内；

步骤2-3、判断读取该DSP的内存数据是否完成，若否，转步骤2-2，若是，则在该DSP的读缓存区置起读完成标志；

步骤3、待所有需要通信的DSP的读完成标志置起后，FPGA利用缓存区数据交互模块将除待写入数据的DSP以外的其他所有DSP对应的读缓存区的数据进行汇总和处理，并放置在该待写入数据的DSP的写缓存区内；

步骤4、判断各DSP的读缓存区的数据汇总和处理是否完成，如果否，则转步骤3，如果是，则在待写入数据的DSP的写缓存区中置起写缓存完成标志并转步骤5；

步骤5、初始化待写入数据的DSP的HPIC寄存器、HPIA寄存器；

步骤6、FPGA利用HPI读写操作控制模块通过HPI接口将写缓存区的数据写入待写入数据的DSP的内存；

步骤7、判断写缓存区的数据写入待写入数据的DSP的内存是否完成，若否，则转步骤6，若是则本次通信完成。

本发明相对于以前的DSP通信方式，有以下优点：

(1)速度块，实时性高，速度主要受限于所选择DSP的HPI接口最高工作频率以及所选择FPGA的最高工作频率，速度可达100MB/s以上。

(2)基本不消耗DSP的资源，因HPI接口可以让外部的主机直接访问DSP内存映射的部分内存，而无需DSP干预，因此基本不占用DSP的负载，大大提高了DSP的运行效率。

(3)可同时实现任意两个或多个DSP之间的通信，可扩展性较强，其扩展的数量主要取决于所选用FPGA的IO引脚的数量和开辟数据缓存区所需要的RAM资源。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图

图2是本发明的通信方法逻辑框图

具体实施方式

下面结合附图，具体说明基于FPGA的DSP间HPI通信装置及其通信方法。

如图1所示，基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置，包括：作为主机的一个FPGA，作为从机的、带有HPI接口的至少两个DSP，在FPGA中分区存储每个DSP所对应的HPI读写操作控制模块、数据缓存区读写模块、缓存区数据交互模块；

HPI读写操作控制模块，实现FPGA对HPI接口的读写操作，采用的是先读后写的操作方式，读采用的定时读，即每隔一定的时间，FPGA对需要通信的DSP的HPI接口进行读操作，以获取各DSP需要发送给其他DSP的数据；而对于写操作，则要等待FPGA将某DSP所需要写入的数据全部准备好后，才能将数据通过HPI接口写入DSP。

HPI读写操作控制模块包括两部分：一是HPI数据读写时序部分，负责构建对DSP进行数据读写时所需要的控制逻辑，读操作和写操作分别置于相互独立的程序模块内、触发的条件互斥，否则会产生HPI接口访问错误；二是HPI接口控制信号输出部分，负责向HPI数据读写时序部分输出所需要的HPI控制信号，读操作采用定时读以获取各DSP需要发送给其他DSP的数据，以HPI接口定时读标志到达为控制条件，而写操作则要等待FPGA将待写入数据的DSP所需要写入的数据全部准备好并将写缓存完成标志置起后才执行。

数据缓存区读写模块，包含至少2个数据缓存区，一个是读缓存区，用于存储通过HPI接口读出的所对应的DSP内部RAM数据；另一个是写缓存区，用于存储需要写给所对应的DSP的有效数据；此模块还对定时器进行定时设置以产生相应的HPI接口定时读标志。

缓存区数据交互模块，负责将除待写入数据的DSP以外的其他DSP的读缓存区的数据进行汇总和处理，并按照一定的格式存储在该待写入数据的DSP对应的写缓存区内，完成后将该DSP的写缓存区的写缓存完成标志置起。如果某个数字信号处理器DSPn需要其他DSP的数据，由于FPGA从各DSP读取的数据长度不一定相同，故所需时间也有所差异，FPGA要等待所有读缓存区读取动作全部完成后，才能进行缓存区数据的汇总和处理，处理完成后按照一定的格式存储在DSPn对应的HPI接口的写缓存区内，存储完成后，将DSPn写缓存区的写缓存完成标志置起。

图1中有关HPI接口的说明：

(1)HD[0:15]：HPI数据交互总线，16位；

(2)RD/WR：HPI读写控制线。RD/WR＝0时，写；RD/WR＝1时，读；

(3)HCNTL：主机用来控制选择访问哪个寄存器的地址信号。当HCNTL＝00时访问HPIC；当HCNTL＝01时访问HPIA；当HCNTL＝10时，读写HPID，且每读写一次HPIA自动增加1(主要用该模式)；当HCNTL＝11时，读写HPID，且每读写一次HPIA不受影响；

(4)HAS：地址选通信号。此信号用于主机的数据线和地址线复用的情况。不用时该信号接高(没有使用)；

(5)HHWIL：字节识别信号，用于识别主机传送过来的是第一个字节(或者叫半字)还是第二个字节。当HHWIL＝0时为第一个字节，当HHWIL＝1时是第二个字节；

(6)HCS：片选信号。使能输入端，在每次寻址期间为低电平，其他时候也可以保留在低电平；

(7)/HDS，直接连接高电平，没有单独进行控制；

(8)/HRDY DSP的HPI接口状态，若为低，则可以被访问，若为高，则要等待。主机操作HPI前，都要先等待此状态为低，才能够进行；

(9)/HINT，输出中断给主机，可不使用。

基于FPGA和HPI的DSP间的通信装置的通信方法，下面以把DSP2至DSPn的数据写入DSP1为例具体说明，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、在FPGA中为需要通信的DSP1至DSPn分别构建其各自的HPI读写操作控制模块、数据缓存区读写模块、缓存区数据交互模块，所述数据缓存区读写模块包含一个读缓存区和一个写缓存区；

步骤2、DSP1至DSPn的HPI读写操作控制模块并行分别读取各自的内存数据并放置该DSP所对应的读缓存区内；

步骤2-1、等待HPI接口定时读标志(Read_Start＝1)是否到达，若否，则继续等待，若是，则初始化该DSP的HPIC寄存器、HPIA寄存器，并转步骤2-2；

步骤2-2、FPGA利用HPI读写操作控制模块通过HPI接口读取该DSP的内存数据，并放置在该DSP所对应的读缓存区内；

步骤2-3、判断读取该DSP的内存数据是否完成，若否，转步骤2-2，若是，则在该DSP的读缓存区置起读完成(Read_Dsp(1-n)_OK＝1)标志；

步骤3、待DSP1至DSPn的读完成标志(Read_Dsp(1-n)_OK＝1)置起后，FPGA利用缓存区数据交互模块将DSP2至DSPn对应的读缓存区的数据进行汇总和处理，并放置在DSP1的写缓存区内；

步骤4、判断DSP2至DSPn的读缓存区的数据汇总和处理是否完成，如果否，则转步骤3，如果是，则在DSP1的写缓存区中置起写缓存完成(Write_EN＝1)标志并转步骤5；

步骤5、初始化DSP1的HPIC寄存器、HPIA寄存器；

步骤6、FPGA利用HPI读写操作控制模块通过HPI接口将写缓存区的数据写入DSP1的内存；

步骤7、判断写缓存区的数据写入DSP1的内存是否完成，若否，则转步骤6，若是则本次通信完成。