TMS320VC5410的McBSP串行接口技術(shù)與程序設計
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摘要：介紹TMS320VC5410的多功能串行接口（McBSP），并結合McBSP與高精度，高速率串行數據轉換器MAX5410之間的串行通信，從硬件和軟件兩個(gè)方面具體討論McBSP的設計方法。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/242261.htm關(guān)鍵詞：DSP McBSP SPI 模數轉換器
一、DSP的串行接口技術(shù)
當今，嵌入式系統正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發(fā)展。隨著(zhù)串行接口技術(shù)的不斷成熟，逐步達到了以上設計要求，成為重要的接口方案。尤其在數字信號處理器方面，串行口的重要性體現得更加突出，幾乎所有的數字信號處理器都提供了一個(gè)或多個(gè)串行接口，并且隨著(zhù)數字信號處理器的更新?lián)Q代，其相應的串行接口，在功能上不斷強化，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的引腳數目，降低了接口設計的復雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數據以位為單位的串行方式進(jìn)行處理。目前，世界各主要半導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)標準。典型的串行協(xié)議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設備接口SPI和隊列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線(xiàn)（microwire）。
圖1是典型的SPI協(xié)議。SPI協(xié)議采用主從設置，相互連接的設備中一個(gè)作為主設備，其他的設備作為從設備。接口連線(xiàn)主要包括以下4條信號線(xiàn)：
（1）串行數據輸入信號線(xiàn)，即MISO（Master InSlave Out）；
（2）串行數據輸出信號線(xiàn)，即MOSI（Master Out-Slave In）；
（3）移位時(shí)鐘信號線(xiàn)，即SCK；
（4）從設備片選信號線(xiàn)，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)數字信號處理器，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100Mbit/s。McBSP是在標準串行接口的基礎之上對功能進(jìn)行擴展，因此，具有與標準串行接口相同的基本功能：
（1）全雙工通信；
（2）擁有兩級緩沖發(fā)送和三級緩沖接收數據寄存器，允許連續數據流傳輸；
（3）為數據發(fā)送和接收提供獨立的幀同步脈沖和時(shí)鐘信號；
（4）能夠與工業(yè)標準的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設備直接連接；
（5）支持外部移位時(shí)鐘或內部頻率可編程移位時(shí)鐘。
此外，McBSP還具有以下特殊功能：
（1）可以與IOM-2、SPI、AC97等兼容設備直接連接；
（2）支持多通道發(fā)送和接收，每個(gè)串行口最多支持128通道；
（3）串行字長(cháng)度可選，包括8、12、16、20、24和32位；
（4）支持μ-Law和A-Law數據壓縮擴展；
（5）進(jìn)行8位數據傳輸時(shí)，可以選擇LSB或MSB為起始位；
（6）幀同步脈沖和時(shí)鐘信號的極性可編程；
（7）內部時(shí)鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程，具有相當大的靈活性。
2.McBSP寄存器的訪(fǎng)問(wèn)
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。由于數據頁(yè)0的存儲空間限制，有些寄存器必須通過(guò)子地址尋址方式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)。SPSA_x是子地址寄存器，欲訪(fǎng)問(wèn)指定的寄存器，只要把相應的子地址寫(xiě)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
| 16進(jìn)制地址 | 子地址 | 簡(jiǎn) 稱(chēng) | 寄存器名稱(chēng) | ||
| McBSP 0 | McBSP 1 | McBSP 2 | |||
| 0038 | 0048 | 0034 | - | SPSA_x | 子地址寄存器 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0000 | SPCR1_x | 串行端口控制寄存器1 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0001 | SPCR2_x | 串行端口控制寄存器2 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0002 | RCR1_x | 接收控制寄存器1 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0003 | RCR2_x | 接收控制寄存器2 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0004 | XCR1_1 | 發(fā)送控制寄存器1 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0005 | XCR2_x | 發(fā)送控制寄存器2 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0006 | SRGR1_x | 采樣率發(fā)生寄存器1 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0007 | SRGR2_x | 采樣率發(fā)生寄存器2 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0008 | MCR_x | 多通道寄存器1 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x0009 | MCR2_x | 多通道寄存器2 |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x000A | RCERA_x | 接收通道使能寄存器A |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x000B | RCERB_x | 接收通道使能寄存器B |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x000C | XCERA_x | 發(fā)送通道使能寄存器A |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x000D | XCERB_x | 發(fā)送通道使能寄存器B |
| 0039 | 0049 | 0035 | 0x000E | PCR_x | 引腳控制寄存器 |
假如要對McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行設置。首先，將子地址0x0005寫(xiě)入子地址寄存器（SPSA_1），與此同時(shí)，存儲單元0x0049就映射為發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，對存儲單元0x0049的讀寫(xiě)操作，就相當于對發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行操作。
例：設置McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。
XCR2_1.set 05h；發(fā)送控制寄存器2的子地址
SPSA_1.set 48h; 串行口1的子地址寄存器地址
REG_1 .set 49h; 存儲單元0x0049，在此被映射為發(fā)送控；制寄存器2
；將發(fā)送控制寄存器2的子地址寫(xiě)入子地址寄存器
（SPSA_1）
STM #XCR2_1，SPSA_1
；將控制字0041h寫(xiě)入存儲單元0x0049
STM #0041h,REG_1
3.McBST的SPI接口設計
McBSP的時(shí)鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當McBSP處于時(shí)鐘停止模式時(shí)，發(fā)送器和接收器是內部同步時(shí)，因此可以將McBSP作為SPI主設備或從設備。當設置McBSP為主設備時(shí)，發(fā)送端輸出信號（BDX）就作為SPI協(xié)議的MOSI信號，接收端輸入信號（BDR）就作為SPI協(xié)議的MISO信號。發(fā)送幀同步脈沖信號（BFSX）作為從設備片選信號（SS），而發(fā)送時(shí)鐘信號（BCLKX）就與SPI協(xié)議的串行時(shí)鐘信號（SCK）相對應。由于接收時(shí)鐘信號（BCLKR）和接收幀同步脈沖信號（BFSR）與發(fā)送端的相應部分（BCLKX和BFSX）在內部相互連接，因此這些信號不用于時(shí)鐘停止模式。McBSP設置為主設備時(shí)，SPI協(xié)議連接如圖2所示。
三、McBSP接口舉例
1.高精度數模轉換器MAX541
MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數模轉換器，+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(xiàn)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(guò)率，基本上滿(mǎn)足大多數應用的要求。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(shuō)明
| 引 腳 | 名 稱(chēng) | 功 能 |
| 1 | OUT | DAC輸出電壓 |
| 2 | AGND | 模擬地 |
| 3 | REF | 參考電壓輸入，與外部+2.5V參考電壓連接 |
| 4 | CS | 片選輸入 |
| 5 | SCLK | 串行時(shí)鐘輸入，占空比必須在40%與60%之間 |
| 6 | DIN | 串行數據輸出 |
| 7 | DGND | 數字地 |
| 8 | VDD | +5V供電電壓 |
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A(yíng)X541的數字輸入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，必須嚴格隔離模擬地AGND和數字地DGND，最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數字地連接在國起，構成星形的地線(xiàn)系統。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運算放大器MAX495。表3是數字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對應關(guān)系。
表3 MAX541單極性接口
| DAC數字輸入 | 模擬輸出VOUT |
| MSB LSB | |
| 1111 1111 1111 1111 | VREF·（65 635/65 536） |
| 1000 0000 0000 0000 | VREF·（32 768/65 536）=(1/2)VREF |
| 0000 0000 0000 0000 | VREF·（1/65 536） |
| 0000 0000 0000 0000 | 0V |
DSP的發(fā)送幀同步脈沖信號（BFSX）作為MAX541的片選信號（CS），而發(fā)送時(shí)鐘信號（BCLKX）作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入。MAX541的三線(xiàn)接口電路時(shí)序如圖4所示。
圖4所示，在片選信號CS由高電平轉變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí)，串行數據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的輸入寄存器。
3.軟件設計
下面通過(guò)產(chǎn)生國個(gè)鋸齒波的例子來(lái)說(shuō)明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設計。
表4列出了一些與SPI設置相關(guān)的寄存器位。
表4 與SPI設置相關(guān)的些寄存器位
| 寄存器位 | 允許值 | 描 述 | 寄存器 |
| CLKXM | 1 | 設置BCLKX引腳為輸出 | PCR |
| CLKSM | 1 | 采樣率發(fā)生器時(shí)鐘源至CPU時(shí)鐘 | SRGR2 |
| CLKGDV | 1255 | 定義采樣率發(fā)生器時(shí)鐘的降頻因子 | SRGR1 |
| FSCM | 1 | 設置BFSX引腳為輸出 | PCR |
| FSGM | 0 | 在每個(gè)串行數據包傳輸期間BFSX信號有效 | SRGR2 |
| FSXP | 1 | 設置BFSX引腳為低電平有效 | PCR |
| XDATDLY | 01b | 提供正確BFSX信號啟動(dòng)時(shí)間 | XCR2 |
| RDATDLY | 01b | 提供正確的BFSX信號啟動(dòng)時(shí)間 | RCR2 |
4.程序清單
程序首次初始化TMS320VC5410，使數據頁(yè)指針（DP）為0，并且禁止中斷。由于TMS320VC5410外接10Hz的時(shí)鐘頻率發(fā)生器，通過(guò)鎖相環(huán)電路倍頻至100MHz。接著(zhù)初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后，響應XRDY中斷發(fā)送數據。
.width 80
.length 100
.title transmit.asm
.mmregs
.defSTART
.def BSPR0
.def BSPX0
.include periphral.asm
.text
START:
;初始化DSP
STM#00E0h，PMST ；IPTR=000000001b，MP/MC=1，
；OVLY=1，DROM=0
LD #0，DP
LD #0，ARP
STM #0FFFFh，IFR ；清除所有中斷標志
STM #0020h,IMR ;允許BSPX0中斷
STM #0010h,TCR ；關(guān)閉DSP計時(shí)器，以便降低
；功耗鎖相環(huán)（PLL）倍頻*10->CLKOUT：100MHz
STM#1001000110000111b，CLKMD
Tststatus：
LDM CLKMD，A
AND #01h，A
BC Tststatus,AEQ
STM #1001000110000111b,CLKMD
;初始化McBSP
STM SPCR1_1，SPSA_1
STM #1000h,REG_1 ;CLKSTP=10（選擇SPI時(shí)鐘停
；止模式3）
STM SPCR2_1，SPSA_1
STM #0000h,REG_1 ;置McBSP于復位態(tài)時(shí)，以便
；對控制寄存器進(jìn)行設置
STM PCR_1，SPSA_1
STM #0A0Fh,REG_1 ;CLKX->CLKR,FSX->FSR,
;DX->DR,FSXM=1(輸出)，
；CLKXM=1（輸出）,FSXP=1(低
；電平有效），CLKXP=1(在CLKX
；的下降沿發(fā)送數據）
STM RCR1_1,SPSA_1
STM #0040h,REG_1 ；每幀1個(gè)字，每個(gè)字16位
STM RCR2_1，SPSA_1
STM #0041h,REG_1 ；單幀，RFIG=0，RDATDLY=01
；（1位數據延遲）
STM XCR1_1，SPSA_1
STM #0040h，REG_1 ；每幀1個(gè)字，每個(gè)字16位
STM XCR2）1，SPSA_1
STM #0041h，REG_1 ；單幀XFIG=0，XDATDLY=01
；（1位數據延遲）
STM SRGR1_1，SPSA_1
STM #0009h，REG_1 ；CLKGDV=9，CLKG=(CLKOUT)/
；（1+CLKGDV）=10MHz
STM SRGR2_1，SPSA_1
STM #2313h,REG_1；GSYNC=0，CLKSP=0，
；CLKSM=1，FSGM=0
RPT #2 ；等待2個(gè)CLKSRG周期（CLKSRG=100MHz）
NOP
STM SPCR2_1，SPSA_1
STM #0040h，REG_1 ;啟動(dòng)McBSP0采樣率發(fā)生
；器，/GRST=1
RPT #20 ；等待2個(gè)CLKG周期（CLKG）=10MHz)
NOP
STM SPCR2_1,SPSA_1
STM #0041h，REG_1 ；啟動(dòng)McBSP0發(fā)送端，/XRST=1
STM SPCR2_1，SPSA_1
STM #00C1h，REG_1 ；啟動(dòng)幀同步脈沖，/FRST=1
RPT #80
NOP
STM #08000h,AR1
RSBX INTM ;打開(kāi)可屏蔽中斷
MVMD AR1，DXR1_1 ；向DXR送數
WAIT：IDLE1
BSPX0：
STM #0h，IFR
AMR AR1
MVDM AR1，DXR1_1
RETE
.end
結束語(yǔ)
本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口（McBSP）的功能特點(diǎn)，并結合實(shí)例子著(zhù)重討論了如何利用SPI接口協(xié)議實(shí)現McBSP與其他串行器件之間相互通信。
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