低功耗通用语音处理平台的设计实现

2.3 MCU与DSP的接口电路及通信方式

DSP(TMS320VC5510A)提供了增强型主机接口(EHPI)，可以工作在数据地址复用和不复用2种模式。在本例中采用了数据地址复用方式。MCU(MSP430F149）与DSP EHPI具体连接方式如图4所示，EHPI的接口时序如图5所示。

MSP430F149 与TMS320VCAA10A EBPI 连接示意图

图4 MSP430F149 与TMS320VCAA10A EBPI 连接示意图

EHIP 接口时序图

图5 EHIP 接口时序图

主机接口的关键控制信号线功能简述如下。

HD[15：0]：HPI数据线，双向，三态总线。在复用模式下，通过这16位总线传输地址和数据。

HA[19：0]：HPI地址总线。在复用模式下，HA[1]用作HCNTL1信号线，HA[2]用作HAS信号线。

HCS：HPI的片选信号线。作为MCU访问DSP时的片选信号，在访问过程中一直保持为低。本例中为了节省主机的I/O口线，将其一直接低。

HR/W：HPI读写信号线。标识着MCU与DSP的通信方向。该信号线为高，表示MCU从DSP的存储空间中读取数据；为低，表示MCU将数据写入DSP的存储空间。

HDS1/2：HPI数据控制信号。可以适应不同类型的MCU的数据控制信号。要将HCNTL2置高，本例中的接法是HCNTL1通过MSP430F149的P2.1来控制。

HRDY：HPI准备好信号。DSP通过该信号通知MCU当前主机接口是否可以访问。为低，DSP的主机接口忙，MCU不能通过它访问；为高，可以访问。

HCNTL0/1：HPI访问控制信号。在复用模式中，通过这2个信号决定本次MCU访问的是DSP的HPI接口的内部寄存器。

HAS：HPI地址控制信号。在复用模式中，直接置高。

HMODE：HPI模式选择信号。置高，HPI工作在非复用模式下；置低，HPI工作在复用模式下。

HINT：主机中断信号。当DSP将该信号线置低时，表示DSP请求主机中断。因此这根信号线应加上拉电阻。

HBE0/1：HPI字节使能信号。TMS320VC5510A中置低，忽略该信号。

MSP430F149通过向DSP主机接口内部的3个寄存器写入相应的数据来控制相应的通信方式。在复用方式下，这3个寄存器分别是 HPIC(控制寄存器)、HPIA(地址寄存器)、HPID(数据寄存器)。为了提高在复用方式下的访问速度，DSP的HPI接口还提供了另外一个数据寄存器。当MCU访问连续地址时，可以通过HCNTL0/1选择利用这个数据寄存器进行连续访问DSP内部存储器，相应的地址寄存器会在每次访问这个数据寄存器之后自动增加。

MCU和DSP的通信通过中断完成。其中MSP430F149通过访问HPIC寄存器，将其中的DSPINT位置1来触发DSP的中断，而DSP则通过将HINT信号线置低来触发MCU的中断。

当前的硬件平台中，通过置I/O口线的方式实现了MCU对DSP主机接口的读写操作，可以选择通过主机启动DSP的方式[4]。启动过程的框图如图6所示。

HPI 启动方式流程图

图6 HPI 启动方式流程图

3 系统软件优化降低功耗

上面已提到，在硬件平台的设计中采用了低功耗的器件，属于低功耗设计中的静态技术。在系统软件的具体实现中，可以根据执行算法的情况进行动态调整，从而达到降低系统功耗的目的。由于DSP采用内部可编程锁相环（PLL）产生时钟，可以使处理器根据对于计算能力的即时需求动态改变运行速度。虽然系统提供了几种低功耗模式，但是相应的唤醒时间各不相同，实际中要根据具体情况对功耗和唤醒时间综合考虑。

由于MCU具有较强的事件响应能力以及DSP具有较强的数据处理能力，因此可以通过MCU针对不同算法动态地改变系统的工作频率及DSP的工作状态，从而降低系统功耗。例如在该平台运行清华大学自主研制的600、1 200、2 400bps语音算法，需要针对不同算法要求不同的数据运算量进行动态配置。DSP采用MCU提供的8.192MHz的时钟、通过片内集成的DPLL进行倍频得到所需要的主时钟。由于系统的部分代码是处于54兼容模式下，所以在系统软件的主函数中，当不需要进行编解码操作时，系统可以处于正常状态，即IDLE1或IDLE2状态。更具体的管理可以使用c55x系列的IDLE domain(IDLE域)机制进行管理[6]。3种状态具体描述如下：

NO IDLE：定时器、通用串口和内核均处于正常工作模式。

IDLE 1：定时器和通用串口正常工作模式，内核处于IDLE状态，由中断唤醒。

IDLE 2：定时器、通用串口和内核都处于IDLE状态，由中断唤醒。

针对不同的算法，由于要求的数据运算量不同，能够保证算法工作的最低系统频率也不同。通过对不同的数据运算要求动态调整系统的工作状态，可以最大限度地实现降低功耗的目的，从而实现针对不同运算量的功耗控制。实际使用中，当DSP：运行600SELP算法时，系统工作在32.768MHz；运行1 200SELP算法时，系统工作在40.960MHz；运行2 400SELP算法时，系统工作在24.576MHz。与单一的运行在81.92MHz情况下相比，系统功耗分别降低了41％、36％、48％，大大减少了系统功耗。

该硬件平台已经成功运行了G.723.1、G.729A/B和CVSD等算法，并且获得了良好的效果，具有广阔的应用前景。

来源：维库