TI系列DSP的I2C模塊配置與應用

I2C總線(xiàn)最早是由Philips公司提出的串行通信接口規范，標準I2C總線(xiàn)只使用兩條線(xiàn)通信，能將多個(gè)具有I2C接口的設備連接，進(jìn)行可靠的通信，連接到同一總線(xiàn)的I2C器件數量，只受總線(xiàn)最大電容400pF的限制，而且最高通信速率可以達到3.4Mb/s，由于I2C接口簡(jiǎn)單，使用方便，被很多芯片采用，成為一種廣泛應用的接口[1]。

DSP即數字信號處理器，是一種廣泛應用的嵌入式處理器，主要應用是實(shí)時(shí)快速地實(shí)現各種數字信號處理算法，目前，國際主要的DSP供應商是TI公司，其TMS32系列產(chǎn)品占據了DSP市場(chǎng)近一半的份額，為了用戶(hù)能方便快捷的進(jìn)行系統的開(kāi)發(fā)與集成，TI公司在一些型號的DSP中集成了I2C通信模塊，本文以TMS320C6713為例，使用TI公司DSP開(kāi)發(fā)工具CCS2.2提供的CSL（Chip Support Lib，片級支持庫）配置I2C模塊。

圖像采集和處理是DSP應用的一個(gè)重要領(lǐng)域，本文結合作者開(kāi)發(fā)的基于DSP的圖像采集、處理系統、以CMOS圖像采集芯片OV7620為例，介紹DSP芯片通過(guò)I2C模塊對I2C設備進(jìn)行配置的過(guò)程。

1 TI公司帶I2C接口的DSP

在嵌入式系統開(kāi)發(fā)過(guò)程中，如果處理器沒(méi)有I2C接口而系統中又存在I2C器件時(shí)，通用的辦法是利用處理器的兩根引腳分別模擬SDA和SCL信號，并利用程序模擬接口，這種方法的通用性好，靈活可靠，但是移植性差，不同型號的處理器需要不同的程序，盡管在網(wǎng)上能夠下載到這類(lèi)程序的源代碼，但是進(jìn)行程序移植仍會(huì )浪費開(kāi)發(fā)人員大量的時(shí)間，而且使得程序變得龐大，不易維護。

為了用戶(hù)能方便快捷地進(jìn)行系統的開(kāi)發(fā)與集成，TI公司在一些型號的DSP中集成了I2C通信模塊，例如TMS320C6713、TMS320C6416、TMS320C5509等。

TMS320C6713是一款高性能浮點(diǎn)DSP，內部集成2個(gè)I2C接口：I2C0和I2C1。其中，I2C1的引腳與McBSP1（Multichannel Buffered Serial Port 1，多通道緩存串口1）的引腳復用，默認情況下是激活McBSP1，使用I2C1必須將寄存器DEVCFG的最低位置1[2，3]。I2C模塊的結構如圖1所示。

I2CDXR是發(fā)送緩存，I2CXSR是發(fā)送移位寄存器?？偩€(xiàn)上的數據送到I2CDXR之后，被拷貝到I2CXSR，按位移出，送到SDA，先移出的位是最高位。I2CDRR與I2CRSR分別是接收緩存和接收移位寄存器，負責將SDA上的數據移入，合并成字節后，放到接收緩存，并將數據發(fā)送到數據總線(xiàn)。

I2C模塊有5種狀態(tài)會(huì )產(chǎn)生中斷信號，作為中斷源提供給DSP中斷系統調用，這5種狀態(tài)是：準確好發(fā)送數據、準確好接收數據、可以訪(fǎng)問(wèn)寄存器、主機沒(méi)收到響應信號和總線(xiàn)仲裁失敗。因為I2C模塊能夠提供中斷信號，可以編制中斷處理函數，中斷中相應I2C事件，確保了響應的實(shí)時(shí)性。

I2C模擬還可以與EDMA（Enhanced Direct Memory Access，增強型內存直接訪(fǎng)問(wèn)）配合工作。當數據由I2CDXR拷貝到I2CXSR或由I2CRSR拷貝到I2CDRR時(shí)，都會(huì )觸發(fā)EDMA操作，EDMA會(huì )發(fā)送下一個(gè)數據或讀取收到的數據。由于EDMA操作不占用DSP處理時(shí)間，可以大大提高DSP的運算速度，避免流水線(xiàn)被不停的打斷，因此，如果使用I2C模塊與外設進(jìn)行數據量比較大的數據交換，比如，將緩存中的大量數據保存到I2C接口的Flash中，可以使用EDMA操作，如果交換的數據量比較小，而對實(shí)時(shí)性比較高，比如，接收I2C接口傳感器的采集數據，可以采用DSP中斷的方式；如果交換的數據量比較小，對實(shí)時(shí)性要求又不高，比如，對I2C設備進(jìn)行設置，則可以使用DSP查詢(xún)狀態(tài)位的方式，本文例程使用I2C模塊配置OV7620，采用查詢(xún)方式。

為使I2C模塊正常工作，必須為其提供驅動(dòng)時(shí)鐘，在TMS320C6713中，I2C模塊的時(shí)鐘由系統時(shí)鐘經(jīng)分頻得到，如圖2所示。

外接時(shí)鐘為DSP系統的外接時(shí)鐘，本文設計的系統時(shí)鐘頻率為25MHz，PLL為系統的鎖相環(huán)，先對外接時(shí)鐘分頻，再倍頻，鎖定時(shí)鐘，然后按照不同的分頻系數，分出三個(gè)時(shí)鐘，供TMS320C6713使用，其中的一個(gè)輸出到I2C模塊，I2C模塊先根據IPSC的值將時(shí)鐘預分頻，分頻后的時(shí)鐘供I2C模塊使用，同時(shí)，根據ICCL與ICCH的值再將時(shí)鐘分頻，分別控制SCL的低電平與高電平周期，SCL的頻率為

在配置I2C模塊之前，必須配置PLL。TMS320C6713的I2C不支持高速模式，一般配置在標準模式下。

2 使用CSL配置I2C模塊

對I2C模塊的控制是通過(guò)操作控制/狀態(tài)寄存器組實(shí)現的。TMS320C6713的寄存器映射到地址空間，可以通過(guò)地址操作直接讀寫(xiě)寄存器，如
＃define I2CMDR0 0x01B40024
＊（volatile unsigned int ＊）I2CMDR0＆＝～0x20；

通過(guò)地址操作讀寫(xiě)寄存器，語(yǔ)法簡(jiǎn)單，編譯效率高，但是程序的可讀性和可移植性差，不易維護。

在DSP應用系統中，一般會(huì )涉及到大量DSP器件，特別是片上外設的編程處理工作，在開(kāi)發(fā)初期消耗了開(kāi)發(fā)人員較多精力，TI公司在開(kāi)發(fā)環(huán)境CCS中，提供了CSL。多數CSL模塊都由對應的函數、宏、類(lèi)和表示符號組成?？梢院?jiǎn)單方便地完成對DSP器件片上外設配置和控制的編程工作，從而簡(jiǎn)化DSP片上外設開(kāi)發(fā)工作，縮短了開(kāi)發(fā)周期，具有標準化控制和管理片上外設的能力，減少了DSP硬件特殊性對用戶(hù)程序代碼的影響，方便用戶(hù)在不同器件間進(jìn)行代碼移植。但是使用CSL進(jìn)行外設控制對用戶(hù)代碼執行效率可能會(huì )造成一些影響[4]。

本文先給出配置PLL的程序，再給出配置I2C模塊的程序，因為DSP電路板的時(shí)鐘并不相同，PLL配置程序并不具有很強的可移植性，同時(shí)為了提高編譯、執行效率，配置PLL的程序采用直接地址操作的方式，寄存器的宏定義請參考相應的DSP數據手冊。本例程參考了文獻[2]，DSP系統的外接時(shí)鐘為25MHz。

注意，DSP系統的內部時(shí)鐘大部分來(lái)自于PLL，PLL設置程序必須放在全部的最前面，只有對PLL配置成功，系統才能正常的工作。

提供時(shí)鐘之后，可以對I2C模塊進(jìn)行配置。本文將I2C0配制成主機發(fā)送模式，工作頻率為100kHz，非連續發(fā)送，7位地址。因為本程序是為配置OV7620作準備，所以并沒(méi)有使用EDMA與DSP中斷。

注意，I2C0在發(fā)送一個(gè)字節后，自動(dòng)緩緩到主機接收模式，為了驗證I2C0工作是否正常，可以將I2C0與I2C1環(huán)接。

本例程只提供配置I2C模塊所需的頭文件。

3 使用I2C模塊配置OV7620

Omnivision公司推出的CMOS彩色圖像傳感器OV7620，最大分辨率為664