AT91RM9200處理器同步串口SSC的特性分析與應(yīng)用
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專用外設(shè)數(shù)據(jù)直接存取控制器PDC(PeripheralDMA Controller)用于UART、USART、SSC、SPI、MC等片上串行外設(shè)與片內(nèi)、片外存儲器間傳輸數(shù)據(jù)。使用外設(shè)數(shù)據(jù)直接存取控制器能夠提高數(shù)據(jù)傳輸能力，減輕處理器運行負擔。這樣顯著降低了外設(shè)與存儲器之間數(shù)據(jù)傳輸所需的時鐘周期數(shù)，因此也提高了微控制器的性能，使處理器工作更有效。PDC通道是成對構(gòu)建的，每對對應(yīng)一個指定的外設(shè)。通道中一個負責接收、另一個負責發(fā)送。PDC用戶接口集成在每個外設(shè)存儲空間中，它包括：1個32位存儲器指針寄存器、1個16位傳輸計數(shù)寄存器、1個32位寄存器(用作下個存儲器指針)、1個16位寄存器(用作下個傳輸計數(shù))。
外設(shè)使用發(fā)送與接收信號觸發(fā)PDC傳輸，在傳輸數(shù)據(jù)過程中，相應(yīng)的外設(shè)產(chǎn)生一個傳輸結(jié)束中斷請求結(jié)束本次傳輸。三個獨立的SSC同步串口對應(yīng)三對PDC。
PDC與SSC傳輸數(shù)據(jù)特性為：存儲器到SSC的傳輸需一個主機時鐘周期，SSC到存儲器間的傳輸需兩個主機時鐘周期。
配置PDC通道可以控制各個通道的數(shù)據(jù)傳輸，PDC通道的用戶接口集成在與其對應(yīng)的SSC外設(shè)接口上(偏移0x100)。
每個SSC包含4個32位指針寄存器(RPR、RNPR、TPR及TNPR)與4個16位計數(shù)寄存器(RCR、RNCR、TCR及TNCR)。緩沖器的大小(傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量)在內(nèi)部16位傳輸計數(shù)寄存器中配置，可在任意時刻讀取每個通道待傳輸數(shù)據(jù)的大小。通過定義存儲器訪問的首地址位置，在32位存儲器指針配置存儲器基地址，可在任意時刻讀取下一次傳輸?shù)拇鎯臻g位置和待傳輸?shù)臄?shù)目。PDC有專門的狀態(tài)寄存器指示各通道傳輸是否使能，各通道工作狀態(tài)指示位于SSC狀態(tài)寄存器中。設(shè)置PDC傳輸控制寄存器的TXTEN／TXTDIS與RXTEN／RXTDIS位可使能和(或)禁用傳輸，這些控制位使能時，可以安全讀取指針及計數(shù)寄存器，在讀取的過程中不會有危險。
每個PDC通道有一個內(nèi)部的32位存儲器指針，每個存儲器指針可指向存儲空間的任意位置(片上存儲器或外部總線接口存儲器)。根據(jù)傳輸類型的不同(字節(jié)、半字或字)，外設(shè)傳輸?shù)拇鎯ζ髦羔樢?、2或4增加。若PDC工作時對存儲器指針重新編程，傳輸?shù)刂犯淖?，在新地址?zhí)行PDC傳輸。
每個PDC通道有一個內(nèi)部16位傳輸計數(shù)器用來計算已傳輸塊的大小。每次數(shù)據(jù)傳輸完成后計數(shù)器減一。當計數(shù)器到零時，傳輸完成，PDC停止傳輸數(shù)據(jù)。若下一個計數(shù)寄存器(Next Counter Regis-ter)等于零，PDC禁用觸發(fā)并激活相關(guān)的外設(shè)結(jié)束標志。若PDC工作時修改計數(shù)器值，PDC使用新值開始計數(shù)。每個通道中，有兩個狀態(tài)位來標識傳輸結(jié)束，這些位直接映射到外設(shè)狀態(tài)寄存器。當寫入一個計數(shù)器寄存器(計數(shù)器或下次計數(shù)器)時，外設(shè)結(jié)束標志自動清零。
當SSC接收到一個外部字符時，它向PDC發(fā)送一個接收就緒信號，PDC再向系統(tǒng)總線請求訪問，當訪問得到許可，PDC開始讀取外設(shè)接收保持寄存器(RHR)并觸發(fā)存儲器寫操作。每次傳輸后，相關(guān)PDC存儲器指針遞增，而待傳輸數(shù)目遞減。當達到存儲器塊大小時，向外設(shè)發(fā)送一個信號并停止傳輸。對于發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸，處理過程與上述相反。
4 同步串口SSC的典型應(yīng)用
SSC同步串口特性決定了AT91RM9200不僅可以用于工業(yè)控制領(lǐng)域，而且可以很方便地用于電信設(shè)備。它能夠直接與I2S總線接口的音頻編解碼器、符合電話接口的PCM編解碼器連接，如圖4所示。更主要的是，它可以提供三個獨立接口，直接和電信應(yīng)用中的E1接口連接，高性能內(nèi)核ARM920T可處理高速同步數(shù)據(jù)流。因此，借助于內(nèi)部提供的10M／100Mb／s以太網(wǎng)接口，將AT91RM9200作為E1與以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換的網(wǎng)關(guān)核心處理器是一個理想的選擇。
在網(wǎng)關(guān)應(yīng)用中，SSC包含獨立的接收器、發(fā)送器及時鐘分頻器。每個發(fā)送器及接收器分別有3個信號引腳：數(shù)據(jù)TD／RD信號、時鐘TK／RK信號及幀同步TF／RF信號，可以直接與E1成幀器DS21554的背板對應(yīng)信號連接。網(wǎng)關(guān)可以在主、從兩種模式下工作，主模式時，DS21554不需要跟蹤上級同步時鐘；從模式時，跟蹤上級同步時鐘。前者，同步串口SSC不需要單獨時鐘電路，配置AT91RM9200 SSC寄存器，使SSC接口工作在主動模式，產(chǎn)生時鐘和幀定位信號，提供給DS21554，也可以直接將TK／TF連接到RCK／RSY，同時斷開RK／RF。若為后者，網(wǎng)關(guān)為一個電信系統(tǒng)中的終端，通過配置寄存器使SCC接口工作在被動方式，TK／TF／RK／RF和TCK／TSS／RSS／RCK一樣，均為輸入信號端子，提取接收時鐘，通過鎖相環(huán)同步后產(chǎn)生時鐘和幀定位信號。不論哪種形式，配置時鐘信號均為2 048 kHz，32個時鐘周期出現(xiàn)一個幀定位信號以滿足E1幀格式，參考器件手冊，可以通過調(diào)整DS21554和AT91RM9200寄存器設(shè)置，使得SSC信號時序和E1成幀器背板信號時序匹配。根據(jù)實際需求，三個SSC同步串口可以同時連接三個E1成幀器，考慮到音視頻數(shù)據(jù)流量和以太網(wǎng)有效吞吐能力，有效數(shù)據(jù)量達2 Mb／s～6Mb／s，可滿足不同應(yīng)用的音視頻數(shù)據(jù)傳輸，如圖5所示。
5 結(jié)束語
基于ARM內(nèi)核的處理器是目前嵌入式系統(tǒng)的主流，但是，同時內(nèi)置同步串口和10 Mb／s～100 Mb／s以太網(wǎng)接口的ARM處理器為數(shù)卻很少。AT91RM9200處理器集成了同步串口和以太網(wǎng)控制器，是一款高性能處理器。本文重點分析了該處理器的同步串口特性，介紹其具體應(yīng)用。采用此器件，筆者實現(xiàn)了VoIP網(wǎng)關(guān)設(shè)備，性能穩(wěn)定，可靠性高而且成本低。
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