HPI接口在TI SOC的应用详解 处理器, 接口, 主机

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摘要
本文从总体上介绍HPI（Host Peripheral Interface）接口的工作模式，与上位主机的连接方式，主机访问的操作流程；归纳了应用当中常见问题，并提供了分析解决办法。

简介
HPI 接口是TI 为处理器之间直接互连通讯定义的一种异步接口，大多数TI DSP 芯片上都有HPI 接口。HPI 接口是从（Slave）端口，接在主机的扩展内存总线上，DSP 不能通过HPI 向主机（Host）的访问，只能被主机读写。两个DSP 的HPI 接口之间不能通讯。两个DSP 之间互连，可以将一个DSP（从）的HPI 接到另一个DSP（主）的扩展内存接口（EMIF）上[1]。

1. HPI 工作模式
不同系列DSP 上的HPI 接口版本有所不同，区别体现在DSP 对HPI 的控制上，如C6727 上的UHPI 可通过寄存器使能与关闭HPI 接口，对主机访问DSP 内存空间的控制，以及对HPI 接口信号的功能复用上。但从主机访问的角度，HPI 的工作模式分为：复用模式(Multiplexed-Mode)和非复用模式(Non-multiplexed-Mode)。
复用模式下没有地址线，主机访问DSP 的地址信息是以数据方式送到HPIA(HPI 地址寄存)。从硬件信号的角度，地址，数据信号是由同一组数据线传递，所以称为复用模式。

非复用模式的数据线与地址线是分开的，与内存接口连接相似。非复用模式不需要操作HPIA 寄存器，主机访问的地址信息通过地址总线直接送给HPI。

所有的HPI 接口都支持复用模式，但不是所有芯片的HPI 接口都支持非复用模式(参考相应的芯片手册确定是否支持)。除了有无HPIA 的操作区别外，两种模式的操作没有区别。因为非复用模式的操作是复用模式操作的子集，为方便起见，本文以复用模式展开讨论。

2. HPI 硬件信号连接
HPI 接口复用模式连线如图1 所示，根据在应用当中的必要性分为：必要的，和可选的两组信号。可选的信号
以虚线表示。

• 数据线HD[0:n]：在复用模式下，数据线的宽度一般为CPU 位宽的一半，一个HPI 访问分为高低半字的两次访问，如C5000 是16-bit CPU，HPI 数据线为8 位，C6000 是32-bit CPU，其HPI 数据线为16 位。C64x 系列的HPI 支持32 位，在32 位模式下一个HPI 访问不需要分为高低半字两次访问组成一个完整的访问。
• HCNTL0/1，HWIL：HCNTL0/1 选择要访问的HPI 寄存器，HWIL 控制访问寄存器的高低半字，必须先高后低。一个寄存器的高低半字的两次访问一定要连续完成，中间不能插入其它的HPI 操作。只有HPIC 可以只访问半个字。
• HR/W：指示对HPI 寄存器进行读，还是写操作。如果主机的读，写信号是分开的，可以利用其中一个信号，但要注意做上拉或下拉处理以控制其在三态时的电平。
• HCS，HDS1/２：这三个信号根据图2 的逻辑产生内部HSTROBE 信号，其逻辑关系是要求HDS1 和HDS2信号相反，HCS 低有效。HSTROB 下降沿的时间点反应的是三个信号中最后跳变的信号。HPI 在HSTROB的下降沿采样控制信号HR/W，HCNTL0/1，HWIL 以判断主机要对哪个寄存器进行读，或者写操作命令。

注意控制信号在HSTROBE 的下降沿之前需要最少5ns 的setup 稳定时间，而HDS1/2 和HCS 到HSTROBE信号内部门电路的延时是皮秒级的，所以控制信号的setup 时间需要外部时序保证。


图 2 HSTROBE 信号产生逻辑

• HRDY：HPI 的输出信号，指示当前操作状态，用做硬件流量控制握手信号。
• HINT：通过HPI，主机与DSP 之间可以互发中断。HINT 是HPI 送给主机的中断信号，DSP 对HPIC[HINT]位写1，HINT 信号线上送出高电平信号，主机可利用此信号做为中断信号输入。DSP 不能清除HPIC[HINT]状态，主机在响应中断后，需要对HPIC[HINT]位写1 清除状态，DSP 才能再次对HPIC[HINT]置位发中断。主机通过写HPIC[DSPINT]置1 给DSP 产生中断，DSP 在响应中断后，需要对HPIC[DSPINT]写1 清除状态，主机才能继续操作HPIC[DSPINT]给DSP 发中断。通过HPI 传输数据，结合互发中断做为软件层的握手信号，可有效提高通讯的效率与灵活性。
• ALE：存在于地址，数据线复用的主机上用来指示地址信号周期，这种总线复用的主机很少见，所以通常将ALE 固定上拉处理，只用HSTROBE 采样控制信号。
• BE：Byte Enable 信号，这个信号只出现在32 位的C6000 DSP 上。因为应用当中通常都是对整个32-bit 字进行访问，所以直接做上拉使能处理。

3. HPI 寄存器地址映射
HPI 口提供给主机端访问的寄存器只有４个，通过HCNTL［1：0］选择。

表 1 HPI 寄存器访问选择


由于在复用模式下数据线通常只有寄存器宽度的一半，所以一个完整的数据访问由高低半字两次访问组成，由HWIL 信号控制，HWIL 信号必须是先低后高。通常将HWIL 和HCNTL[1:0]接在主机的地址线上，将4 个寄存器映射为主机端的8 个内存单元，下表中的地址线连接方法将8 半字寄存器映射到主机的8 个连续的内存单元。这里的地址线是用来选择HPI 的寄存器，与非复用模式下的地址线直接访问DSP 的内存空间是完全不同的作用。

表 2 HPI 寄存器地址映射



4. HPI 寄存器功能说明
HPIC (HPI Control Register)
HPI 控制寄存器HPIC 的位图如表3 所示，C6000 系列DSP 的HPI 寄存器是32 位的，也只有低16 位有效，与C5000 系列DSP 的HPIC 寄存器定义的功能保持一致。不同版本的HPI 接口的HPIC 位定义的主要不同之处在于软件握手HRDY 位的有无，其它位名称可能存在细小差异，但功能定义都是一样的。

表 3 HPI Control Register

主机在对HPI 进行访问前可以通过HPIC 配置字节序（HWOB）和地址寄存器模式（DUALHPIA）。默认的配置为HWOB=0，即先访问高半；DUALHPIA=0，即单地址寄存器模式，读和写操作使用同一个HPIA；通常都采用默认的HPIC 寄存器配置。

HWOB 与硬件信号HWIL 是没有联系的，HWIL 信号必须保证先低后高分别访问两个半字单元。至于先访问一个字当中的高或低半字，是由HWOB 控制的。

HPIA (HPI Address Register)
物理上存在HPIAR，HPIAW 两个地址寄存器。HPIAR 是读操作地址寄存器；HPIAW 是写操作地址寄存器。由HPIC 的DUALHPIA 位来决定是采用双地址寄存器模式还是单地址寄存器模式。如果采用双地址寄存器模式，在对HPIA 操作之前，通过设置HPIC 的HPISEL 位选择下一个要访问的HPIA。通常为了简化在读写操作转换时对HPIC 的操作，选用单地址寄存器模式。

HPIA 的地址信息在不同系列DSP 上有所不同：

在C5000 上，数据空间，I/O 空间只能按16 位字寻址，程序空间按字节寻址。HPI 的DMA 访问属于I/O 空间，HPIA 的值代表16 位字地址。如主机端要访问DSP 内存字节地址0x100, 则要往HPIA 写的地址值是0x80。在用HPI 启动时，要注意DSP 代码是按字节地址链接的，即代码段的地址是字节地址，主机端要将代码段的地址信息除以2 再送到HPIA。

在C64 上，HPIA 的值代表字节地址，但是HPI 访问的数据是32 位的，所以HPI 会忽略HPIA 地址值的低两位。
在C64+的DSP 上，HPIA 代表32 位字地址，HPI 会将字地址左移两位转换成字节地址，主机若要访问DSP 字节地址0x100，则要赋值HPIA 为0x40。