HPI接口在脑电数据采集系统中的实现

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                    　　摘要：本文基于DSP5402芯片HPI接口技术的研究实例,重点介绍了在脑电数据采集系统中通过CCS5000集成开发环境实现DSP芯片HPI自举加载并与主机通信的调试;并论述了系统的硬件设计和各模块的调试方法。
　　1 引 言
　　TMS320VC5402是TI公司的一种16位数字信号处理器，以其独有的低功耗和高性价比,受到用户的欢迎。C54x操作灵活及运行速度高；使用改进的哈佛结构，具有专用硬件逻辑的CPU、片内存储器和外设接口，以及高度专业化的指令集。而且, C54系列DSP与主机连接通过HPI(Host Port Interface)接口，以逻辑电路设计简单、不需要额外的存储器和程序更新方便优点，可以应用灵活多样的引导加载模式以实现接口和处理功能开发。
　　HPI口是C54x DSP系列芯片内部的并行接口部件,用于与其他总线或CPU主机之间进行连接通信，主机是HPI口的主控者,通过专用地址和数据寄存器、HPI控制寄存器以及外部数据和接口控制信号与HPI口通信。
　　本文基于对一个脑电信号采集系统中数字处理电路部分的研究，设计并实现了TMS320VC5402应用程序的HPI自举加载，HPI方式通信，详细介绍了调试方法与过程，对开发
　　基于DSP处理芯片的脑电信号采集系统有很大的参考价值。
　　2 系统介绍
　　脑电信号(ＥＥＧ)是一种比较特殊的微弱信号。它是由脑神经活动产生并且始终存在于中枢神经系统的自发性电位活动，含有丰富的大脑活动信息。脑电信号的采集处理对于生物医学工程学研究具有重要意义，可以为临床手术中的麻醉镇静监护分析提供必要的数据。脑电信号数据采集系统主要功能是将人脑部的生物电信号通过脑电极提取出来，经过放大处理，传输至上位机显示并存储。本文所研究的数字脑电采集系统就是基于DSP 芯片VC5402 处理能力强、实时性高等优点的应用。由系统模拟部分对脑电信号进行放大和预处理，经过A/D 变换后送往数字处理部分。数字处理部分由DSP 芯片和USB 等芯片构成，由DSP 控制实现对脑电数字信号的采集与处理，并完成DSP 与USB 芯片的通信，最后通过USB总线将数据送往上位机实时显示与储存。
　　系统的核心为TMS320VC5402，有三个功能：首先，控制整个系统模数转换并设置各种模拟部分的参数；其次，对A/D变换后的数据进行各种算法处理，包括信号滤波与分析等，也是高性能脑电数字信号采集器的重点；最后完成数据接口功能，把数据按一定的格式打包，通过高速的HPI总线把数据交给USB接口芯片并送往PC机。图（1）为整个方案的原理图，其中虚线部分为调试过程示意图。调试过程中，通过集成开发环境KEIL C51和CCS 5000系统，可视化的调试过程有利于整个方案的后期调试。






　　4.4 写入DSP入口地址并运行
　　在TMS320VC5402进入HPI启动模式后，它将一直检查0X007F这个地址是否为0，如不为0，则跳转到0X007F指向的地址处执行代码。在将DSP的代码写入之后，只需将程序的入口地址写入0X007F这个地址，DSP将自动跳转到入口执行程序。程序的入口地址可以在CCS生成的.map文件中看到，其格式如：ENTRY POINT SYMBOL: "_c_int00" address: 000020be。
　　由于调用的是HPI_WriteD2()函数写数据，而HPI_WriteD2()在写数据之前，会自动将地址+1，所以在调用之前写入地址时，调用的是HPI_WriteA(0x007E)，这样，最后调用HPI_WriteD2(m_dat)时，地址会自动指向0X007F。
　　4.5 观察写入代码
　　TMS320VC5402 在仿真时候其HPI接口也是正常工作的，这就方便了对HPI启动方式的调试。首先把5402连接到仿真器上，然后打开CCS5000集成环境。此时可以利用CCS5000的MemoryView来观察5402的内部RAM数据。调试中，先通过HPI接口把DSP的代码下载进去，再通过CCS5000集成环境观察，同时用UltraEdit十六进制编辑器打开由HEX500.EXE生成的.HEX文件。由于两者都是以ASCII码形式显示，可以直观地比较各个地址空间中的代码是否完全相同以及下载的代码是否完全正确。
　　4.6 整体方案测试效果
　　上述的各个模块调试通过后，又编写了上位机应用程序。上位机应用程序功能包括：建立USB 通信、加载DSP 代码、读取DSP 代码、写入口地址、数据采集与保存等功能。在把各个模快连接之后，用控制台通过HPI 接口加载DSP 代码5402 Code.i00，并写入程序入口地址0x20BE，启动下位机进入采集过程。图2 为上位机控制台应用程序截图。






　　图2 应用程序截图
　　5 结 论
　　利用 C54x 的HPI 接口在脑电数据采集系统中的设计与实现，可用于自发脑电信号实时准确的高速采集。如从DSP 的实际应用环境出发，利用DSP 的HPI 加载方式和JTAG 调试相结合的开发模式，可以在线调试该电路板的制作，自行编制相应的主机软件，设计DSP KERNEI和HPI 接口逻辑，还可以实现开发基于HPI 自举和通信的DSP 应用设计方案。这样做可以缩短开发周期，且硬件资源透明。该透明化开发过程更利于学习者理解和掌握DSP 的软硬件原理。该方案还可以从脑电采集系统设计推广到其它领域。
　　本文作者创新点:在于将USB接口芯片CY7C68013A（100引脚）的在线仿真和DSP芯片TMS320VC5402的JTAG仿真结合起来，设计VC5402基于USB2.0和HPI自举加载的脑电采集系统。通过CCS5000集成环境，能即刻查看DSP内部HPI加载代码，使该方案设计的采集系统直观地调试并缩短开发时间。该方案还可以从脑电采集系统设计方面推广到其它领域。