應(yīng)用McBSP實(shí)現(xiàn)I2C總線控制器

    摘 要:提出了在TMS320C6000系列DSP上應(yīng)用McBSP實(shí)現(xiàn)I2C總線接口協(xié)議的方法，使DSP可以接入其他需要I2C總線配置的智能器件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，硬件設(shè)計(jì)容易，資源消耗小。

    關(guān)鍵字:I2C總線  GPIO  McBSP  DSP

    1 引 言

    TI公司的TMS320C6000[1,2]系列是高性能的DSP，可廣泛的用于XDSL、無(wú)線基站、數(shù)字圖像處理等方面。在進(jìn)行數(shù)字圖像處理時(shí)，通常需要視頻解碼器諸如SAA7111A之類的模擬視頻前端，而大多數(shù)的視頻解碼器進(jìn)行初始化通常是通過兩線的I2C總線接口，但是現(xiàn)在的DSP和MCU大部分都沒有I2C總線接口，在這種情況下我們可以應(yīng)用兩個(gè)通用的IO線，通過軟件的方法來(lái)模擬I2C總線的協(xié)議，繼而完成I2C總線的接口。在TMS320C6000中通常都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的多通道緩沖串行接口McBSP，McBSP不僅可以配制成串行接口還可以獨(dú)立的配制成通用的輸入（GPI）、輸出(GPO)和輸入輸出端口(GPIO)。

    I2C[3]串行總線是用雙向數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)兩根信號(hào)線，在連接到該總線的器件之間傳送信息?？偩€上的每個(gè)器件均可設(shè)置一個(gè)唯一地址，然后根據(jù)所設(shè)的功能進(jìn)行信息的發(fā)送或接收。除了作為發(fā)送器和接收器以外，在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，總線的器件還可以設(shè)定為主控器和受控器。通常由主控器啟動(dòng)總線上的數(shù)據(jù)傳輸，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)鐘信號(hào)。而被其尋址的其它器件均為受控器，這意味著總線上可連接多個(gè)有控制總線的器件。

    I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸率為100kbit／s，快速方式下可達(dá)400kbit／s。連接到總線上的器件數(shù)僅受400pF的總線電容的限制。同時(shí)，為了避免總線信號(hào)的混亂，要求連接到總線上的各器件輸出端必須是集電極開路或漏極開路，以便產(chǎn)生“線與”功能。I2C總線上的SDA和SCL線都是雙向傳輸線，它們可通過一個(gè)電阻連接到正電源端，當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí)，兩條線均為高電平。

    2 硬件設(shè)計(jì)

    I2C總線的硬件設(shè)計(jì)非常方便，只需要將SDA 和SCL連接即可，在I2C總線上只允許有一個(gè)主控器，其余的都是受控器。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于了400pF的限制時(shí)，可以通過總線驅(qū)動(dòng)器如82B715來(lái)進(jìn)行總線擴(kuò)展。連接見圖1

    3 軟件設(shè)計(jì)

    3.1 McBSP的配置

    I2C總線應(yīng)用McBSP的兩個(gè)管腳，首先禁用McBSP功能以便將McBSP的管腳配制成GPI、GPO、GPIO。本文應(yīng)用McBSP0的CLKX0作為I2C總線的SCL，F(xiàn)SX0作為I2C總線的SDA，McBSP的DX,DR，通常不能配置成I2C的SDA,因?yàn)镾DA是雙向的,而DX,DR只能配制成單一的輸入或輸出。

    配置代碼如下：

McBSP0_SPCR=0x00000000;//McBSP0 發(fā)送和接收復(fù)位
McBSP0_PCR=0x00003F00;// McBSP0的所有的管腳都配置為GPIO,CLKX0和FSX0為輸出
對(duì)于主機(jī)來(lái)說SCL總是輸出，所以它的方向是保持不變的，SCL應(yīng)該輸出0，1作為接口的時(shí)鐘，為了實(shí)現(xiàn)此功能我們定義一個(gè)宏（MACROS）:SET_SCLHI( ) SET_SCLLO( )
#define Set_SCLHi( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA |= 0x00000002
#define Set_SCLLo( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA &= 0Xfffffffd
I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA當(dāng)寫的時(shí)候是輸入，讀的時(shí)候是輸出。為了改變SDA的方向可以定義Set_SDADirOut( ) Set_SDADirIn( )
#define Set_SDADirOut( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA | = 0x00000800
#define Set_SDADirIn( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA &= 0xFFFFF7FF
SDA應(yīng)該依照數(shù)據(jù)位的0,1來(lái)變化，為了輸出1，0定義Set_SDAHi( ) Set_SDALo( )
#define Set_SDAHi( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA |= 0x00000008
#define Set_SDALo( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA &= 0xFFFFFFF7
定義好之后可以模擬I2C總線的協(xié)議進(jìn)行傳送，例如在SAA7111A上的I2C總線接口是用來(lái)對(duì)SAA7111A進(jìn)行初始化用的，SCL的頻率可以從0到400KHZ，為了控制SCL的頻率可以應(yīng)用DSP的TIMER0來(lái)控制。
當(dāng)CPU為100MHZ時(shí)：
TCR = 0x00000010; // 停止 TIMER0 and TDDR=0
PRD = 6249; // TIMER0 rate = CPU-Frequency/(PDR+1) = 100MHz/6250 = 16kHz
...
TCR &= 0xFFFFFFEF; // 開始 TIMER0

    3．2 I2C總線協(xié)議編程

    3．2．1  I2C總線協(xié)議讀寫數(shù)據(jù)流的編程

    為了進(jìn)行I2C總線的通訊，我們選用每位數(shù)據(jù)流4幀（FRAMES）,以便延遲和噪聲干擾最小，4幀每位的數(shù)據(jù)流保證了SDA不會(huì)變化在SCL的邊沿處，僅僅允許數(shù)據(jù)變化在FRAME0，讀僅在FRAME2。如圖2所示

I2C總線的寫程序如下

void I2CWrite(unsigned int WriteBit)
{Set_SDADirOut( ); // 設(shè)置SDA為輸出
switch(FrameCount)
{
case(0): // 起始幀
Set_SCLLo( ); // SCL 為 0
if (WriteBit == 0) // SDA = WriteBit
Set_SDALo( );
else
Set_SDAHi( );
break;
case(3): // 第4幀
Set_SCLLo( ); //
break;
default: // 在第2，3幀
Set_SCLHi( ); // SCL 為 1
}
FrameCount += 1; // 幀計(jì)數(shù)
if (FrameCount > 3)
{
FrameCount = 0;
BitIndex = (BitIndex >> 1); } // 準(zhǔn)備下一個(gè)發(fā)送位
}
I2C總線的讀程序與寫程序很類似，只需要改變SDA為輸入即可。

    3．2．2 I2C總線的開始位和停止位的編程

    I2C總線的開始位和停止位有3幀產(chǎn)生，在I2C總線傳輸過程中，僅當(dāng)總線空閑(SCL線和SDA線均為高電平)時(shí)，數(shù)據(jù)傳送才能開始，此時(shí)總線上的任何器件均可以控制總線。其中當(dāng)SCL線為高電平且SDA線由高變低時(shí)為開始條件；而當(dāng)SCL線為高電平且SDA線由低變高時(shí)為結(jié)束條件。如圖3所示

開始位：
void I2CSTA ( )
{ // I2C 開始位
Set_SDADirOut ( );//定義SDA為輸出
switch ( FrameCount )
{
case (1): // 第2幀
Set_SCLHi ( );
Set_SDALo( );
break;
case (2): // 第三幀
Set_SCLLo ( );
Set_SDALo( );
break;
default: // 第一幀
Set_SCLHi ( );
Set_SDAHi ( );
}
FrameCount += 1; // 幀計(jì)數(shù)
if ( FrameCount > 2 )
{
FrameCount = 0;
BitIndex = 0x0080; } // 定義的低8位
}
停止位的編程方法只需要按照上面所說的將SCL線為高電平且SDA線由低變高即可。
3．2．3 I2C總線的數(shù)據(jù)格式

起始位 受控器件地址 讀寫控制位0/1 應(yīng)答位 數(shù)據(jù) 應(yīng)答位 … 停止位

    I2C總線數(shù)據(jù)傳輸格式[3]如圖4。其中第一部分為數(shù)據(jù)傳輸起始信號(hào)，即由此開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送；第二部分為受控器地址，用來(lái)選擇向哪個(gè)受控器傳送數(shù)據(jù)；第三部分為讀／寫控制位，用于指示受控器的工作方式，0表示寫，1表示讀；第四部分是被主控器選中的受控器向主控器回傳的確認(rèn)信號(hào)；第五部分是所傳送的數(shù)據(jù)，每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，都要求有一個(gè)應(yīng)答位；第六部分是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束信號(hào)。每個(gè)具有I2C總線接口的受控器件都有唯一固定的地址，當(dāng)主控器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，I2C總線上掛接的受控器件都會(huì)將主控器發(fā)出的、位于起始信號(hào)后的8位地址信息與自己的地址進(jìn)行比較，如果兩者相同，則認(rèn)為該受控器件被選中，然后按照讀／寫位規(guī)定的工作方式接收或發(fā)送數(shù)據(jù)?？梢詰?yīng)用上面的程序來(lái)按照I2C總線的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。

    4 結(jié)論

    應(yīng)用DSP的McBSP來(lái)設(shè)計(jì)I2C總線接口，硬件接口簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，并且可以節(jié)省硬件的花費(fèi)，此方法已經(jīng)應(yīng)用在基于DSP的圖像匹配機(jī)中，方法可行，并運(yùn)行可靠。