詳解TMS320VC5410的McBSP串行接口技術(shù)與程序設(shè)計(jì)

　　DSP是一種獨(dú)特的微處理器，是以數(shù)字信號(hào)來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為0或1的數(shù)字信號(hào)。再對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行修改、刪除、強(qiáng)化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或?qū)嶋H環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實(shí)時(shí)運(yùn)行速度可達(dá)每秒數(shù)以千萬條復(fù)雜指令程序，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力和高運(yùn)行速度，是最值得稱道的兩大特色。

　　如今，嵌入式系統(tǒng)正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發(fā)展。隨著串行接口技術(shù)的不斷成熟，逐步達(dá)到了以上設(shè)計(jì)要求，成為重要的接口方案。尤其在數(shù)字信號(hào)處理器方面，串行口的重要性體現(xiàn)得更加突出，幾乎所有的數(shù)字信號(hào)處理器都提供了一個(gè)或多個(gè)串行接口，并且隨著數(shù)字信號(hào)處理器的更新?lián)Q代，其相應(yīng)的串行接口，在功能上不斷強(qiáng)化，性能上不斷提升。

　　與并行接口相比，串行接口的最大優(yōu)點(diǎn)就是減少了DSP的引腳數(shù)目，降低了接口設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數(shù)據(jù)以位為單位的串行方式進(jìn)行處理。目前，世界各主要半導(dǎo)體制造商提交了許多不同的串行協(xié)議，其中一些已經(jīng)成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。典型的串行協(xié)議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設(shè)備接口SPI和隊(duì)列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線（microwire）。

　　圖1是典型的SPI協(xié)議。SPI協(xié)議采用主從設(shè)置，相互連接的設(shè)備中一個(gè)作為主設(shè)備，其他的設(shè)備作為從設(shè)備。接口連線主要包括以下4條信號(hào)線：

　　（1）串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)線，即MISO（Master InSlave Out）；

　　（2）串行數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線，即MOSI（Master Out-Slave In）；

　?。?）移位時(shí)鐘信號(hào)線，即SCK；

　　（4）從設(shè)備片選信號(hào)線，即SS。

　　二、TMS320VC5410的多通道緩存串行口——McBSP

　　1.McBSP的功能特點(diǎn)

　　TMS320V5410是TI生產(chǎn)的第二代低功耗TMS320C5000系列定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器，提供了3個(gè)高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSP，每個(gè)串行口可以支持128通道，速度達(dá)100Mbit/s。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)之上對功能進(jìn)行擴(kuò)展，因此，具有與標(biāo)準(zhǔn)串行接口相同的基本功能：

　?。?）全雙工通信；

　?。?）擁有兩級緩沖發(fā)送和三級緩沖接收數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸；

　?。?）為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收提供獨(dú)立的幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)；

　?。?）能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設(shè)備直接連接；

　　（5）支持外部移位時(shí)鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時(shí)鐘。

　　此外，McBSP還具有以下特殊功能：

　?。?）可以與IOM-2、SPI、AC97等兼容設(shè)備直接連接；

　?。?）支持多通道發(fā)送和接收，每個(gè)串行口最多支持128通道；

　?。?）串行字長度可選，包括8、12、16、20、24和32位；

　　（4）支持μ-Law和A-Law數(shù)據(jù)壓縮擴(kuò)展；

　?。?）進(jìn)行8位數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，可以選擇LSB或MSB為起始位；

　　（6）幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)的極性可編程；

　　（7）內(nèi)部時(shí)鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程，具有相當(dāng)大的靈活性。

　　2.McBSP寄存器的訪問

　　TMS320VC5410包含3組多通道緩存串行口，每組多通道緩存串行口有23個(gè)寄存器與之相關(guān)，除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外，其中15個(gè)寄存器是可尋址寄存器。由于數(shù)據(jù)頁0的存儲(chǔ)空間限制，有些寄存器必須通過子地址尋址方式來訪問。SPSA_x是子地址寄存器，欲訪問指定的寄存器，只要把相應(yīng)的子地址寫入SPSA_x就可以了。表1列出了McBSP的子地址寄存器。

　　表1 McBSP子地址寄存器

　　假如要對McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行設(shè)置。首先，將子地址0x0005寫入子地址寄存器（SPSA_1），與此同時(shí)，存儲(chǔ)單元0x0049就映射為發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，對存儲(chǔ)單元0x0049的讀寫操作，就相當(dāng)于對發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行操作。

　　例：設(shè)置McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。

　　3.McBST的SPI接口設(shè)計(jì)

　　McBSP的時(shí)鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當(dāng)設(shè)置McBSP為主設(shè)備時(shí)，發(fā)送端輸出信號(hào)（BDX）就作為SPI協(xié)議的MOSI信號(hào)，接收端輸入信號(hào)（BDR）就作為SPI協(xié)議的MISO信號(hào)。發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)（BFSX）作為從設(shè)備片選信號(hào)（SS），而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（BCLKX）就與SPI協(xié)議的串行時(shí)鐘信號(hào)（SCK）相對應(yīng)。由于接收時(shí)鐘信號(hào)（BCLKR）和接收幀同步脈沖信號(hào)（BFSR）與發(fā)送端的相應(yīng)部分在內(nèi)部相互連接，因此這些信號(hào)不用于時(shí)鐘停止模式。McBSP設(shè)置為主設(shè)備時(shí)，SPI協(xié)議連接如圖2所示。

　　三、McBSP接口舉例

　　1.高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541

　　MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器，+5V單電源供電。DAC輸出非緩沖，因此只有0.3mA的低供電電流和1LSB的低漂移誤差。DAC輸出范圍為0V至VREF。MAX541采用3線串行接口，兼容于SPITM/QSPITM/MICROWIRETM等串行通信協(xié)議。MAX541最高可以獲得500×10 3采樣點(diǎn)/秒的通過率，滿足大多數(shù)應(yīng)用的要求。MAX541采用8引腳DIP或SO封裝。MAX541各引腳描述如表2所列。

　　表2 MAX541引腳說明

　　2.McBSP與MAX541的接口電路

　　TMS320VC5410與MAX541的接口電路如圖3所示。

　　為使MAX541獲得高分辨率和高精度，可以由MAX873提供高精度的+2.5V低阻抗基準(zhǔn)電壓源。為了消除高頻和低頻干擾，必須在REF引腳與模擬地之間接入退耦電容。由于AX541的數(shù)字輸入DIN與TTL/CMOS邏輯電平兼容，因此，可以與TMS320VC5410的串行輸出BDX直接連接。此外，必須嚴(yán)格隔離模擬地AGND和數(shù)字地DGND,最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數(shù)字地連接在國起，構(gòu)成星形的地線系統(tǒng)。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運(yùn)算放大器MAX495。表3是數(shù)字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對應(yīng)關(guān)系。

　　表3 MAX541單極性接口

　　DSP的發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)（BFSX）作為MAX541的片選信號(hào)（CS），而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（BCLKX）作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入。MAX541的三線接口電路時(shí)序如圖4所示。

　　圖4所示，在片選信號(hào)CS由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí)，串行數(shù)據(jù)按照從最高有效位到最低有效位的順序，在串行時(shí)鐘的每個(gè)上升沿逐位移入片內(nèi)的輸入寄存器。

　　3.軟件設(shè)計(jì)

　　下面通過產(chǎn)生國個(gè)鋸齒波的例子來說明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設(shè)計(jì)。

　　當(dāng)McBSP作為SPI通信的主設(shè)備，由它為從設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，并控制數(shù)據(jù)的傳輸過程。CLKX引腳上的時(shí)鐘信號(hào)必須在數(shù)據(jù)包傳輸期間使能，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)所采用的極性保持高電平或者低電平。通常，通過McBSP的采樣率發(fā)生器產(chǎn)生10MHz時(shí)鐘信號(hào)，由BCLKX引腳輸出，作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入信號(hào)。McBSP利用BFSX引腳為MAX541提供片選信號(hào)，因此必須正確設(shè)置幀脈沖發(fā)生器，使之在每個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸期間產(chǎn)生幀同步脈沖，即在數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡谝晃晦D(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)（在本例中為低電平有效，取決于MAX541的片選信號(hào)CS），然后維持有效狀態(tài)直到數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。此外，根據(jù)SPI傳輸協(xié)議，必須正確設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送延遲時(shí)間（XDATDLY=01b），由圖4可知，在幀同步脈沖有效之后，大約延遲了一個(gè)時(shí)鐘周期才進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。根據(jù)圖4所示的時(shí)序圖，為McBSP選擇一種合適的時(shí)鐘方案，即設(shè)置McBSP的時(shí)鐘停止模式。在本例中采用時(shí)鐘停止模式3（CLKSTP=10b、CLKXP=1），其時(shí)鐘方案如圖5所示。

　　表4列出了一些與SPI設(shè)置相關(guān)的寄存器位。

　　表4 與SPI設(shè)置相關(guān)的些寄存器位

　　4.程序清單

　　程序首次初始化TMS320VC5410，使數(shù)據(jù)頁指針（DP）為0，并且禁止中斷。TMS320VC5410外接10Hz的時(shí)鐘頻率發(fā)生器，通過鎖相環(huán)電路倍頻至100MHz。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后，響應(yīng)XRDY中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　結(jié)束語

　　本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口（McBSP）的功能特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例子著重討論了如何利用SPI接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)McBSP與其他串行器件之間相互通信。