HPI接口（精选三篇）
HPI接口 篇1
水中ATR平台一般需要对信号进行连续采集并且实时处理，以获取目标的特征信息，从而进行目标识别和参数估计。由于水中ATR平台工作环境的特殊性，要求整个硬件系统具有极低的功耗。以往的水中ATR平台一般采用ADC+DSP(Digital Signal Processor)+FPGA(Field Programmable Gates Array)构架[2]来实现目标的检测与识别。FPGA主要负责地址译码和数据缓存，这种设计结构简化了DSP软件设计任务。但是由于FPGA工作电流一般是几十毫安,导致系统功耗较大。为了克服传统的基于单CPU的探测平台功耗高、控制复杂等缺点,本系统采用了MCU+DSP的双CPU的结构。该结构的关键在于快速高效地实现两者之间通信。传统的基于串行多通道缓冲串口McBSP(Multichannel Buffered Serial Ports)的通信模式通信带宽利用率低，数据传输速率低，成为整个系统实时处理的瓶颈。为此,本文设计了基于HPI(Host Port Interface)接口的MSP430与DSP主从式双CPU目标探测系统，使ATR平台满足系统低功耗和实时性的需求。
1 HPI接口
目前比较常用的多CPU之间连接方式主要有两种：直接互连和间接互连。直接互连主要通过SPI串口、HPI并口实现互连;间接互连主要通过FPGA、CPLD等可编程逻辑器件、双端口RAM、FIFO存储器等实现互连。
在ATR平台中，主要考虑使用直接互连方法。一方面，没有额外增加器件，降低了系统功耗;另一方面，大大简化了多CPU之间的硬件连接。SPI接口方式连接简单，但数据传输的理论传输速度只能达到12.5 MB/s，在一些实时性要求比较高的场合，数据传输成为整个信号处理能力提高的瓶颈，致使多CPU之间通信效率下降。而DSP的HPI接口提供了一个16 bit的并行数据接口，理论传输速度达到50 MB/s，远高于串行接口传输速度。因此，选用HPI接口可以很容易地实现大容量数据的快速传输。通过HPI，主机可以访问DSP内部的双访问数据存储器(DARAM)，此时，DSP相当于主机的一个外设。
TMS320C55X系列DSP的HPI接口信号线有：可以用来传输数据和地址的数据总线HD[15:0];专门用来传输地址的地址总线HA[13:0]，HPI片选信号数据选通信号字节使能信号访问控制信号HCNTL[1:0];读写控制信号到主机的中断等，这些信号的详细控制时序参见参考文献[3]。
2 系统设计
根据工程设计要求，水中ATR平台必须具备低功耗特点，因此选择德州仪器公司的超低功耗微控制器MSP430F149作为系统的主CPU。其拥有5种低功耗模式，在低功耗模式LPM3下,只需要2.0μA供电电流，采用3.3 V供电情况下，全速运行也只需要420μA的电流。它还拥有多种时钟模式，通过程序控制，可以灵活地选择不同的时钟来降低系统功耗[4]。选择TI DSP家族中功耗优化产品TMS320C55X系列中的TMS320VC5509A作为从CPU，其最高主频为200 MHz，功耗仅为C54的1/6。可以根据所需时钟不同灵活选择1.2 V、1.35 V和1.6 V内核电压[5]，电压越高，DSP最高主频越大，功耗越大，在实际的设计过程中，根据算法实时性需求,灵活选择内核电压以达到降低系统功耗的目的。
MSP430F149主要负责数据采集，DSP电源管理，以及一些运算量比较小的算法的实现(如系统中的预警检测算法)TMS320VC5509A主要实现运算量较大的目标识别及参数估计算法。双CPU之间通信采用HPI接口，实现主从机之间的无缝连接。具体硬件结构框图如图1所示。
系统的基本工作流程是信号经过模拟预处理之后，在单片机MSP430的控制下，利用其内部的ADC对经调理后的信号进行采样。将采集到的数据做预警检测，当预警发现可疑目标时启动DSP,MSP430将需要分析的数据传输到DSP中，进行高阶谱分析、小波变换等参数估计及特征提取算法，最后把结果传回MSP430，再由单片机控制其他电路工作。
2.1 电源模块
本模块主要是由双输出电源调整芯片TPS73HD301和外围器件构成。具体硬件连接如图2所示。
THP73HD301输出3.3 V和1.2 V两路直流电源，其使能引脚接入到MSP430的IO口，可以方便地实现DSP电源的控制，从而决定DSP的工作与否。只有在需要进行参数估计及特征提取等运算量大的运算时才启动DSP。这样的电源设计模式可以有效地控制系统功耗。因为系统的功耗主要集中在DSP上，而MSP430的功耗极低。
2.2 数据采集
系统数据采集主要由MSP430内部的12 bit ADC12完成,其最高采样率达200 KS/s;具有多种转换模式,可以通过软件灵活选择;依据系统采样要求,对ADC12内部寄存器进行配置。配置的内容主要包括采样选择通道、参考电压、采样时钟、采样模式、采样保持时间等。根据采样时序要求,需要配置的寄存器有ADC12CTL0、ADC12CTL1、ADC12MCTLx。本系统中选择单通道重复采样模式,采样触发源选择Timer_A.OUT1，采样频率完全由Timer_A来决定，在ADC12的中断服务程序中读取采样结果。只有需要进行数据搬移时才中断MSP430的CPU,CPU上电工作，这种“Sleep/Wake”工作体制使得功耗较大的CPU工作时间大大减少,从而降低了系统功耗。
此外，HPI传输数据时，ADC数据存储采用“乒乓操作”，在RAM中开辟一个缓冲区，当该缓冲区半满时，读数据指针指向整个缓冲区开始，写数据指针指向另外一半缓冲区开始。这样的设计保证数据高效、快速地传输到DSP中。
2.3 信号处理模块
数字信号处理的核心是TI公司的低功耗16 bit定点DSP-TMS320VC5509A，其拥有一个增强型主机接口(HPI),可以与主处理器(如PC、DSP、ARM、51系列、MSP430系列单片机)构成主从构架处理器，增强系统的灵活性和可操作性。
信号处理模块的主要作用就是对采集到的数据作进一步的分析，以便更加可靠地探测到目标。信号处理算法主要包括有限带宽声源级估计、高阶谱分析中的双谱分析、小波分析等。此外，在搭建好硬件DSP平台上编写相应的驱动程序如(与MSP430通信的HPI接口程序、I2C模式的Bootloader程序)。程序的开发均采用模块化编程，以便于后续资源的利用。
在本系统中，为了进一步降低系统功耗，在编写信号处理模块程序时，采用“Sleep/Wake”工作体制，当数据需要实时处理时，系统各个模块均处于工作状态，此时功耗达到最大值。数据处理完毕后系统进入低功耗或者DSP掉电模式，此时系统进入微功耗状态，功耗达到最低值;微功耗状态和工作状态之间的切换由系统内部中断源产生。双CPU通信就是基于此机制，由HPI中断源唤醒DSP,DSP开始工作，MSP430进入低功耗模式。DSP结束数据处理之后，中断源唤醒MSP430,MSP430开始工作，DSP进入低功耗模式，这种交替的Sleep-WakeSleep模式使MSP430和DSP交替工作，DSP工作时间大大减少,有效地降低了系统功耗。延长了水中ATR平台的工作时间。
3 HPI通信
3.1 HPI硬件连接
双CPU之间通过HPI接口无缝连接。在与主机连接时，并不需要连接所有的信号，片选信号可以直接拉低使能DSP的HPI接口，在DSP内部“异或”，将接为固定低电平，HDS2与主机相连接，使能信号HBE[1:0]直接拉低，从而主机可以以字的形式访问DSP内部DARAM,具体主从通信的硬件连接图如图3所示。
3.2 HPI软件操作
在本文所述系统中，MSP430拥有对DSP的控制权，HPI通信是基于中断方式进行的：主机通过对采集到的信号进行简单算法的目标检测，如发现可疑目标，启动DSP，开始通过HPI接口传输数据。传输结束之后，中断DSP,DSP响应中断，开始进行复杂的特征提取算法检测。处理结束之后，置HINT为高，中断MSP430,DSP停机，掉电，主机继续工作。
从机DSP相当于主机MSP430的一个存储器映射，通过HPI接口，MSP430可以访问C55X系列DSP内部映射地址范围为000060H～003FFFH的DRAM,HPI不能直接访问其他外设寄存器，如果主机需要从其他外设获取数据时,则必须通过CPU或6个DMA通道中的一个,先将数据搬移到该DRAM中[6]。
HPI接口驱动程序主要由MSP430接口程序和DSP接口程序组成。MSP430和DSP的HPI接口通信流程图如图4所示。
4 系统调试及消声水池实验
在上述搭建的水中低功耗ATR硬件平台上编程实现双CPU之间HPI通信、预警检测算法以及目标特征提取算法等，从而检测系统硬件平台的可靠性。
HPI通信是本硬件系统的关键所在，图5中上侧是MSP430集成开发环境IAR中ADC采集1 kHz正弦波的256点数据，采样率为4 096 Hz。图5下侧是DSP中存入DARAM中的数据通过CCS绘制的波形图以及DRAM中地址为0x00060处的数据。通过对比发现，MSP430中的数据经过HPI接口传输到了DSP的SDRAM中，由此可以看出HPI数据传输的正确性。
为了测试水中目标探测平台的性能，在西北工业大学消声水池对该平台样机进行了测试，测试现场布置如图6所示。功耗测试结果如下：当探测系统处于预警检测状态时，系统平均功耗为0.28 mW;当探测系统处于全速工作状态时，系统的峰值功耗为118.2 mW。考虑实际系统的工作时间，按照85%的预警时间+15%的全速工作时间计算，系统整机平均功耗为17.97 mW。系统测试结果如下：正确预警检测概率为94%，A类目标识别率达到86.3%，B类目标识别率达到了87.2%，满足设计要求。
本文在分析了自动目标探测平台特点的基础上，提出了一种基于HPI接口的MSP430+DSP主从结构的目标探测硬件平台，并实现了主从CPU的HPI通信、目标检测和参数估计等算法。通过HPI接口通信，可以实现大容量数据快速高效的传输。采用这种双CPU的构架和使用“Sleep/Wake”编程工作体制大大降低了系统功耗，在采用电池供电的便携式数据处理和目标探测识别平台中具有很好的应用前景。
参考文献
[1]严胜刚,孟庆军.基于DSP和FPGA水下目标主动跟踪系统硬件设计[J].鱼雷技术,2009,17(1):31-34.
[2]王甜,王建民,杨树谦,等.图像自动目标识别技术发展[J].飞航导弹,2005(11):41-47.
[3]Texas Instruments.TMS320VC5503/5507/5509 DSP hostport interface(HPI)reference guide[EB/OL].2004.
[4]Texas Instruments.MSP430x13x,MSP430x14x,MSP430x14x1mixed signal mircrocontroller datasheet[EB/OL].2004.
[5]Texas Instruments.TMS320VC5509A fixed-point digital sig-nal processor datasheet[EB/OL].2008.
HPI——绩效改进新方法 篇2
人力资源绩效改进(HPI)证书课程是美国培训发展协会(ASTD)的三个全球性权威证书项目之一，也是即将首次在中国实施的培训证书课程。简言之，人力资源绩效改进就是提高改进员工的工作效益，以使它能与企业的目标挂钩。不同于其他绩效管理方面的课程，HPI不局限于考评与管理，以一种全新的角度，注重绩效改进的过程。William Rothwell博士对HPI给出了定义：人力资源绩效改进描述了一个过程，即在明确组织目标的前提下，将目标与员工绩效表现相结合，从而发现绩效表现与预期的差距，在分析并发现差距产生的原因之后实施相应解决方案，最终评估其实施结果，完成整个人力资源绩效改进全过程。
HPI过程可以循环运用，只要实际绩效状况与目标仍有差距，企业就可以按照HPI模型从头再来，直到收到满意的效果为止。美国培训与发展协会亚洲联盟伙伴万佳公司的项目经理巩女士强调说，HPI不只适用于外资企业的人力资源管理者、培训主管和一些高层管理者，政府机关、社会团体、国有企业也同样适用。因为有人员管理的地方就会有人力资源绩效改进问题。
很多人担心，HPI课程能在中国企业中起作用吗?巩女士分析说，HPI不是某一环节的解决方案，不是片段，而是关注绩效改进的整个流程，既关注“前因”，又注重“后果”，应该说是一个“量体裁衣”的过程，因此不会有“水土不服”的状况。当然，HPI仅仅是一种体系，而人力资源绩效的改进不是一朝一夕的事，要在公司内部实施HPI还需要企业上层以及其他部门的配合，从这个角度来讲，HPI是面向企业所有高层管理者的一门必修课程。
通过完成HPI课程，参加者不仅可学习到如何使用人力资源绩效改进的理论和工具的方法，而且在商业思维、领导能力、沟通技巧、解决问题的能力方面均能得到提高。最重要的是，他们将会完成从单一培训者或人力资源专员向人力资源绩效改进顾问(HPI Consultants)的转变。
HPI接口 篇3
DSP作为一种先进的可编程处理器,近几年来应用及其广泛。其中,TMS320C54x是TI公司推出的定点系列数字信号处理芯片,它具有运算速度快,CPU结构优化、功耗低和智能化外设等特点,特别适用于实时嵌入式系统的开发。TMS320C5410是TMS320C54x系列中的一款16位的定点DSP,它具有先进的多总线结构,3条16位数据存储器总线和1条程序存储器总线;数据/程序寻址空间为8 M×16 b,内置16 k×16 b的ROM,8 k×16 b的DRAM和56 k×16 b的SRAM;3个多通道缓冲串行口,1个8位并行与处理器通信的增强型HPI口,1个16位定时器以及6通道DMA控制器;低功耗,适合电池供电设备等特点。
TMS320C5410内部提供了增强型的8位HPI主机接口,用来与主设备或者主处理器接口,在HPI口和主机通信的过程中,完全没有硬件和软件的开销,而由DSP自身的硬件协调冲突,从而不会打断DSP正常程序的运行,具有这些优点,HPI在多机通信中的应用已经越来越广泛了,例如目前的GSM类型手机的设计中,都是通过HPI来协调DSP与主机之间的工作。文中将详细讲述HPI在TMS320C5410和ADuc848多机系统中的应用方案。
2 增强型HPI-8原理和结构
增强型HPI-8是DSP用于与主机进行双向数据通信的8位并行接口。外部主机是HPI的主控者,它可以通过HPI直接访问C5410所有的内部存储空间,包括存储器映像寄存器。
增强型HPI-8主要由5个部分组成,结构图如图1所示:
(1) HPI存储器。
HPI存储器主要用于C54x与主机之间传送数据,并且增强型HPI-8可以寻址DSP片内所有RAM地址空间。
(2) HPI地址寄存器(HPIA)。
它只能由主机对其进行访问。寄存器中存放当前寻址HPI存储单片的地址。并且HPIA地址寄存器有2种工作模式:Ⅰ单地址访问:只针对一个RAM地址空间的访问,在访问过程中,HPIA寄存器数据不变。Ⅱ循环地址访问:主机在读取存器数据过程中,每次读后HPIA加1,每次写前HPIA加1。
(3) HPI数据锁存器(HPID)。
它也只能由主机对它直接访问,如果当前进行的是读操作。则HPID中存放的是要从HPI存储器中读出的数据;如果当前进行的是写操作,则HPID存放的是要写到HPI存储器的数据。
(4) HPI控制寄存器(HPIC)。
C54x和主机都能对它直接访问,它映像在C54x数据存储器的地址为002Ch。
(5) HPI控制逻辑,用于处理HPI与主机之间的接口信号。
当C54x与主机进行信息交换时,HPI是主机的一个外围设备。HPI的外部数据线是8根HD(7～0),在传送数据时,HPI能自动的将外部接口传来的连续的8位数组合成16位数后传给C54x。HPI-8的采样选通信号由HAS1,HAS2和HCS的组合逻辑来组成。在实际应用中,可以把其中的2个引脚接固定电平,则选通信号只用一个引脚来控制。
3 接口的硬件电路设计
硬件电路设计图如图2所示。
本文中选用C54x系列的C5410,主机选用AD公司的ADuc848,该芯片具有与8052兼容的内核,最大的工作频率可以达到12.58 MHz,单周期指令,11个中断源,2个优先级,双数据指针,扩展的11位堆栈指针,64 kB闪速/电可擦除程序存储器,4 kB闪速/电可擦除数据存储器,2 304 B的用户RAM,同时可以外扩多达16 MB的数据存储器。并且外部接口资源非常丰富,有UART,PWM,I2C和SPI等外部通信接口。在该系统中,不仅可以充分发挥C5410的高速运算功能,同时也可以利用ADuc848的丰富的接口和控制功能,通过ADuc848扩展LCD的显示功能、与PC的通信功能、键盘控制和一些外部的扩张功能等。
通过HPI-8实现C5410和ADuc848的协调工作,接口电路中使用ADuc848的2个通用I/O口P0和P2,HPI的8位数据线与P0口相连,P2_2和P2_3连接输入控制信号HCNTL0和HCNTL1以实现对HPI寄存器的访问。P2_4连接到字节识别信号HBIL,P2_0连接到数据准备信号HRDY,P2_5连接到读写控制信号HRW,外部中断INT0连接到HPI的中断信号HINT,P2_1连接到数据选通信号HDS1,其中HCS和HDS2分别接地和电源,所以当HRW=1,HDS1=0时ADuc848从C5410中读数据,同样当HRW=0,HDS1=0时ADuc848向C5410中写数据。在HPI-8的访问速度方面可以采用下面的公式:
undefined
其中Fh为HPI的访问速度;Fd为CLKOUT输出频率;n为8。
所以当C5410的主频达到100 MIPS的时候,HPI-8的访问速度可以达到160 Mb/s。兼具接口电路简单、通信可靠和支持高速访问等优点,HPI在多机系统中应用已经非常广泛的。
4 软件系统设计
多机通信的握手方式由HPI的硬件实现,因此在软件设计方面相对容易,主要是对HPI的3个寄存器进行操作,基本的步骤是:首先初始化HPIC控制寄存器,其次将要读取的数据的地址写入HPID,最后采用单字节或者循环读取方式访问HPID数据寄存器。
主机程序的流程图如图3所示:
当主机通过HPI访问C54x之前,必须首先初始化HPIC和HPIA寄存器,确定字节控制BOB位和访问RAM的地址,然后访问HPID寄存器,获取数据,然后通过置位DSPINT,触发C54x的HPI中断执行相关程序。同时当C54x需要主机读取新数据时,只需要置位HINT,就可以触发主机的外部中断,完成数据的更新。主机和C54x是通过相互中断的硬件方式实现彼此协调的工作,所以在软件设计方面相对简单并且通信的可靠性也大大增加。
5 电路设计中应注意以下几个问题
(1) C54x与单片机的电平是不是兼容的,信号进入DSP之前必须进行电平转换,否则有可能损坏DSP。
(2) HAS为下降沿有效,而HCS为上升沿有效。
(3) 在数据传送以前,必须注意HPIC中的BOB位和HBIL脚的设置,否则数据传送过程中会出现不可预期的错误。
(4) HCNTL0,HCNTL1两脚用于区分HPIA,HPID及HPIC三者的地址。
摘要：主机接口(HPI)是德州仪器公司的定点DSP处理器TMS320C54x上配置的与主机进行通信的8位并行接口。它可以实现与主机之间并行、高速的数据交换,构成多机系统。首先介绍HPI的基本原理和基本功能,其次以TMS320C5410与ADuc848的多机系统为实例,介绍了HPI在多机系统中的应用,硬件、软件要求以及HPI在多机系统中的优越性。以单片机ADuc848和TMS320C5410多机系统为例,从多个方面论述了增强型HPI-8主机接口在多机系统的设计中所具有的优点:接口外围电路简单,几乎不需要附加任何逻辑电路,高速的数据传输,软件设计简单,通信可靠等。给出了硬件设计的原理图和软件设计框架,并且通过实际测试表明该系统设计方案运行可靠。
关键词：DSP,多机系统,主机接口,ADuc848
参考文献
[1]TMS320C54x DSP Reference Set Volume 1:CPU and Pe-ripherals Texas Instrument 1999.
[2]TMS320C54x DSP Reference Set Vounme5:Enhanced Pe-ripherals Texas Instrument 1999.
[3]张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP集成开发与应用实例[M].北京:电子工业出版社,2002.