??? 摘 要： 以Altera公司MAX7000系列為代表，介紹了CPLD在DSP系統中的應用實例。該方案具有一定的普遍適用性。
??? 關鍵詞： RESET? BOOT? HPI? CPLD的延時? 時序
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??? DSP的速度較快，要求譯碼的速度也必須較快。利用小規模邏輯器件譯碼的方式已不能滿足DSP系統的要求。同時，DSP系統中經常需要外部快速部件的配合，這些部件往往是專門的電路，可由可編程器件實現。 CPLD的時序嚴格、速度較快、可編程性好，非常適合于實現譯碼和專門電路。本文以MAX7000系列為例，具體介紹其在 以 TI公司的 TMS320C6202 為平臺的網絡攝像機系統中的應用。
1 CPLD在DSP系統中的功能介紹
1.1 DSP系統簡介
??? 本文所論述的編碼器系統是基于DSP的MPEG-4壓縮編碼器的，主要由前端視頻采集、數據預處理以及MPEG-4視頻壓縮編碼三部分組成。基于DSP的MPEG-4編解碼器由于其所選用的DSP運算能力強、編程靈活，且實現不同的圖像編碼算法時只需對DSP內部的程序進行改寫便可實現諸如MPEG、H.263等多種圖像編碼，因而具有良好的應用情景。CPLD芯片對整個編碼器起著邏輯控制" title="邏輯控制">邏輯控制作用，系統結構如圖1所示。
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1.2 CPLD在系統中的功能要求
1.2.1產生復位信號
??? 系統上電時，CPLD產生復位信號，使整個系統中的FPGA和DSP模塊復位，進入初始狀態；系統上電后，數據采集模塊自動啟動。
??? 系統內共使用三種電源：5V、3.3V、1.8V。其中，5V電源由供電電源接入，3.3V、1.8V電源由TPS56300（TI產品）提供。采用TPS3307（TI產品）為系統提供電源管理，該芯片可同時管理三種電源。當監測到電源電壓" title="電源電壓">電源電壓低于一定值時，產生復位信號。TPS3307在其自身電源電壓大于1V的情況下即可以輸出復位信號。
??? 當系統出現錯誤時，可以采用手工方式復位。
?? ?復位信號產生原理圖如圖2所示。其中，RST#為整個系統的復位信號，由MAX7000輸出。PBSW_RST#為手動復位信號，由按鍵接入MAX7000,經MAX7000去抖動后輸出給TPS3307。SVS_RST#為電源管理芯片TPS3307產生的復位信號（包括手動復位和電源監控功能）。
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1.2.2? BOOT模式的實現
??? 系統復位后，DSP需要進行BOOT自舉" title="自舉">自舉。在復位信號為低期間，BOOTMODE[4:0]管腳上的設置值被鎖存，決定芯片的存儲器映射方式以及自舉模式。但TMS320C6202沒有專門的管腳作為BOOTMODE[4:0]輸入管腳，而是將擴展總線的XD[4:0]映射為BOOTMODE[4:0],利用上拉/下拉電阻在復位時進行芯片啟動模式設置。總線上的其它位也在復位期間被鎖定，決定系統相應的設定值。而擴展總線XD在HPI口讀寫時要用到，所以使用MAX7000進行隔離。系統處在復位階段，則通過MAX7000使得DSP的相應管腳的值等于設定值，復位結束后，MAX7000相應管腳為高阻態，使得XD可以作為正常的總線使用。
??? DSP自舉有特定的時間要求。在復位結束后，XD的配置管腳必須保持一段時間，TMS320C6202要求時間為5個時鐘周期，例如在200MHz時鐘情況下必須保持25ns。
1.2.3? HPI口接口邏輯" title="接口邏輯">接口邏輯實現
??? MPEG-4壓縮編碼器壓縮后的數據，通過網絡傳輸" title="網絡傳輸">網絡傳輸控制模塊傳輸到網絡上去，從而實現網絡實時圖像傳輸。而DSP與網絡傳輸模塊（MCF5272）通過HPI口連接。其接口邏輯由CPLD完成。硬件連線圖如圖3所示。
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??? 根據系統的邏輯要求以及實際的仿真結果，CPLD選用EPM7128SLC84。該芯片共有2500門，128個宏單元，最多100個用戶自定義管腳。
2 CPLD邏輯控制的具體實現
2.1 復位信號的實現
??? 復位信號邏輯產生較簡單，需要處理的是按鍵的去抖動。由于按鍵是機械觸點，當機械觸點斷開、閉合時會有抖動，為使每一次按鍵只作一次響應，就必須考慮去除抖動。在通過按鍵獲得復位信號為低的信息時，不是立即認定按鍵已被按下，而是延時一段時間后再次檢測復位信號。如果仍為低，說明按鍵的確按下了，這實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間。同樣，在檢測到按鍵釋放后，再延時幾個毫秒，消除后沿的抖動，然后再對鍵值處理。由于抖動現象主要出現在按鍵按下后，采用延時方法可有效地減少按鍵的抖動現象。
2.2? BOOT模式的實現
??? 為了滿足在復位有效期間對相應管腳進行配置，在復位無效時，使管腳進入高阻態。以其中一個管腳為例，采用Verilog語言，用如下語句實現該功能：
??? assign hd0=(tp4)?rst_hd0:1′bz;
??? //復位有效期間，tp4為1，hd=rst_hdo，即為設定值；復位無效時，tp4=0,hd 為高阻態。
??? 因為DSP自舉有特定的時間要求，在復位信號結束后，配置管腳的值必須至少保持25ns。通過對復位信號作一定的延時，可以滿足要求。采用CPLD將信號作一定的延時，并不能簡單地在信號后串接一些非門或其它門電路，因為開發軟件在綜合設計時會將這些門作為冗余邏輯處理，達不到延時的效果。所以采用高頻時鐘驅動一移位寄存器，對移位寄存器進行正確的設置后，輸出即為延時后的數據。語句如下：
??? always@(posedge eclkout2)?? //采用dsp的clkout=100MHz ???????二分頻后作延時
??? ??? begin
??? if(svs_rst_)?????????????????????? //svs_rst_低電平，count始終置1010
??? ?? ???? begin
??? ??????????? count=4'b1010;???????????????????????
??? ??????? end
??? ??????? else if(count==4'b0000)???? //0000則保持
??? ?????? ?begin??????? ?
??? ???????????? count=4'b0000;
??? ????????? end????????????????????????????? //svs_rst_高電平，count
??? ????????開始計數
??? ??????? else
??? ??????? ?begin
??? ????????? count=count+4'b0001;? //記六次至0000
??? ??????? ?end
??? ??? ?end
??? assign tp4=count[3];
??? 仿真效果如圖4所示。由仿真波形可見，CPLD的信號輸出完全符合DSP BOOT 的兩個要求。
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2.3 HPI口接口邏輯的實現
??? 圖像壓縮編碼器通過DSP的 HPI口與網絡模塊連接，實現圖像的網絡傳輸。TMS320C6202的HPI口是指其擴展總線的主機口接口部分。經過編碼器編碼后的MPEG-4圖像數據以幀為單位存放在DSP內部存儲器中，外部主機通過HPI口讀取。現以MCF5272微處理器與HPI口通信為例進行說明。
??? MCF5272將10/100MB以太網控制器和一個USB模塊等通信外圍設備結合起來, 是一款高集成的ColdFire微處理器。詳見參考文獻[4]。
??? MCF5272與TMS320C6202連接采用異步從屬工作方式，MCF5272作為上行機，TMS320C6202作為從屬機。由MCF5272高位地址線模擬XCNL、XR_W信號，TMS320C6202的多功能串行口3工作在GPIO模式下模擬
信號，為MCF5272提供主機口中斷。本系統由CPLD——MAX7000編程實現兩者硬件接口。仿真后的時序如圖5所示，實驗證明可以滿足雙方時序要求，實現數據傳輸。
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??? 以上所討論的邏輯并不復雜，采用74系列在一定程度上說也可以完成。但是，采用CPLD具有以下優勢：體系結構和邏輯單元靈活、集成度高、適用范圍廣，因而采用CPLD的方案。
??? 在開發階段，通過硬件實現的控制信號往往不能確定，需要試驗驗證。而CPLD因其具有靈活性，逐漸成為DSP進行信號處理不可或缺的協處理器。將相關控制信號接入CPLD，只需通過簡單的編程即可實現各種需要的邏輯，避免了硬件上的改動，使硬件邏輯控制更加方便靈活，對類似設計具有普遍意義。文中討論的防抖動以及CPLD延時程序對于類似設計也有一定的借鑒意義。
??? 本文介紹的CPLD在基于DSP的MPEG-4編碼壓縮模塊的系統中的應用實例，已通過下載驗證。應用在工程實踐中，結果表明該設計是方便靈活且正確有效的。
參考文獻
1 MAX7000 Programmable Logic Device Family. Altera Inc.2001
2 TMS320C6202 Fixed-point Digital Signal Processors.Texas?Instruments Inc. 2000
3 TPS3307 Triple Processor Supervisors.Texas Instruments Inc.? 1998
4 MCF5272 ColdFire Integrated Microprocessor User’s Manual.MOTOROLA Inc.2001
5?仁麗香，馬淑芬. TMS320C6000系列DSPs的原理與應用.北京：電子工業出版社,2000
6 TMS320C6000 Peripherals Reference Guide.Texas Instruments Inc. 1999