TMS320VC5410A I/O口的多種擴(kuò)展與I2C接口模擬

ti公司的dsp芯片tms320vc5410a（簡(jiǎn)稱(chēng)5410a）是性能卓越的低功耗定點(diǎn)16位dsp，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛應(yīng)用，5410a沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的通用i/o引腳，僅有xf引腳可以作為單向輸出，/bio引腳作為單向輸入，同時(shí)5410a的片上外設(shè)沒(méi)有i2c接口，所以，當(dāng)5410a需要控制外圍芯片或與其他芯片進(jìn)行通信時(shí)（如i2c通信），必須擴(kuò)展通用i/o口，本文首先介紹5410通用i/o口的多種擴(kuò)展方式，然后針對(duì)每種擴(kuò)展方式實(shí)現(xiàn)與語(yǔ)音芯片tlv320aic23的i2c通信。

1 通用i/o口的多種擴(kuò)展方式

1.1 使用多通道緩沖串行接口擴(kuò)展通用 i/o口

5410a具有3個(gè)多通道緩沖串行（簡(jiǎn)稱(chēng)mcbsp）接口，每個(gè)mcbsp接口有6個(gè)引腳，在通常情況下，可以靈活地與外圍設(shè)備進(jìn)行串行通信。在需要的時(shí)候，可以配置為通用i/o口。

mcbsp的6個(gè)引腳分別是bclkr、bclkx、bfsr、bfsx、bdr和bdx，通過(guò)配置mcbsp的子寄存器pcr來(lái)實(shí)現(xiàn)通用i/o口的擴(kuò)展，下面對(duì)圖1所示的pcr寄存器的配置進(jìn)行闡述。

1）15位與16位。保留。

2）第13位xioen和12位rioen，控制著mcbsp的功能，分別對(duì)應(yīng)著3個(gè)引腳，xioen控制bclkx、bfsx和bdx，rioen控制bclkr、bfsr和bdr，其中bdx只能作為單向輸出，bdr只能作為單向輸入，當(dāng)這兩位置0時(shí)，mcbsp作為普通的串行接口與外部通信，當(dāng)這兩位置1時(shí)，把mcbsp置為通用i/o口。xioen和rioen對(duì)引腳的控制是分開(kāi)的，例如xioen＝1，rioen＝0時(shí)，bclkx、bfsx和bdx三個(gè)引腳是作為同月i/o口的，而bclkr、bfsr和bdr依然可以作為通用串行口的接收。

3）11位－8位，控制著相應(yīng)引腳的輸入/輸出，配置為輸入時(shí)置0，配置為輸出時(shí)置1，例如bclkr引腳為輸出，則置第8位clkrm為1，bclkx引腳為輸入，則置第9位clkxm為0。

4）第7位與6位，與通用i/o口無(wú)關(guān)。

5）第5位lx_state，作為bdx引腳的輸出控制，置1輸出高電平，置0輸出低電平。

6）第4位dr_state，表示bdr引腳的輸入狀態(tài)，讀入1表示輸入高電平，讀入0表示輸入低電平。

7）第3－0位，在輸出時(shí)控制著相應(yīng)引腳的高低電平，而作為輸入時(shí)，可以從對(duì)應(yīng)引腳讀出電平的高低狀態(tài)，在這里要注意：在配置mcbsp為通用i/o口時(shí)，要首先停止串行接口的收發(fā)，即配置spcr1中的rrst位為0，spcr2中的xrst位為0。

1.2 使用主機(jī)接口（hpi）擴(kuò)展通用i/o口

5410a具有增強(qiáng)型8位和16位主機(jī)接口（簡(jiǎn)稱(chēng)hpi），通常情況下用來(lái)與主機(jī)進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)通信，需要時(shí)可以禁止主機(jī)接口的功能，擴(kuò)展為通用i/o口。
hpi接口有8位數(shù)據(jù)線hd0－h(huán)d7可以用來(lái)作為通用i/o口，通用i/o口的擴(kuò)展是通過(guò)兩個(gè)專(zhuān)用寄存器gpiocr（通用i/o口控制寄存器）和gpiosr（通用i/o口狀態(tài)寄存器）的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的。下面對(duì)圖2和圖3所示的兩個(gè)寄存器的配置進(jìn)行闡述。

圖2和圖3中的dir7－dir0和hd7－h(huán)d0引腳一一對(duì)應(yīng)，gpiocr用來(lái)控制通用i/o口的讀/寫(xiě)方向。當(dāng)7－0中的某一位置0時(shí)，對(duì)應(yīng)的引腳配置為輸入，當(dāng)置為1時(shí)，對(duì)應(yīng)引腳配置為輸出，例如dir7置為0時(shí)，dh7作為輸入引腳，dir6置為1時(shí),dh6作為輸出引腳，gpiosr在作為輸出時(shí)是用來(lái)控制i/o口的高低電平，置為1高電平，置0為低電平，在作為輸入時(shí)，相應(yīng)的位用來(lái)反應(yīng)對(duì)應(yīng)引腳上的電平狀態(tài)。在這里要注意：在配置hpi接口為通用i/o口時(shí)，在硬件設(shè)計(jì)上需要將5410a的第92引腳（hpiena）懸空或者接地，來(lái)禁止hpi接口。

1.3 使用xio2接口擴(kuò)展通用i/o口

5410具有片上增強(qiáng)型外部并行接口（xio2），該接口具有23位地址線（a22－a0）和16位數(shù)據(jù)線（d15－d0），通常該接口用來(lái)與sram或其他并行設(shè)備進(jìn)行通信，在需要的時(shí)候可以被用作通用i/o口來(lái)使用。作為i/o口使用時(shí)，使用portw合powtr指令來(lái)發(fā)出和讀入數(shù)據(jù)。在這里需要注意的是，23根地址線只能作為輸出引腳，16位數(shù)據(jù)線可以被用作通用雙向i/o引腳來(lái)使用。

2 模擬i2c接口與tlv320aic23的通信

2.1 i2c接口和tlv320aic23簡(jiǎn)介

i2c（inter－integrated circuit）總線是一種由philips公司開(kāi)發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。i2c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時(shí)鐘scl構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，在cpu與被控ic之間，ic與ic之間進(jìn)行雙向傳送。各種被控制電路均并聯(lián)在這條總線上，但就象電話機(jī)一樣只有撥通各自的號(hào)碼才能工作，所以每個(gè)電路和模塊都有唯一的地址。i2c總線主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡(jiǎn)單性和有效性，由于接口直接在組件之上，因此i2c總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片引腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本，總線的長(zhǎng)度可高達(dá)25英尺，i2c總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是：支持多主控（multimastering）,任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線，圖4給出了與i2c接口通信的數(shù)據(jù)流程。有關(guān)i2c總線的詳細(xì)資料請(qǐng)查閱參考文獻(xiàn)[1]。

tlv320aic23（簡(jiǎn)稱(chēng)aic23）是ti公司推出的一款高性能的立體聲音頻編/解碼芯片，可以在8－96khz的頻率范圍內(nèi)提供16位、20位、24位和32位的采樣，adc和dac的輸出信噪比可以分別達(dá)到90db和100db；具有很低的功耗，回放模式下功率僅為23mw，省電模式下更是小于15μw，因此aic23是一款非常理想的音頻模擬i/o器件，可以很好地應(yīng)用在數(shù)字音頻領(lǐng)域，有關(guān)aic23的詳細(xì)資料請(qǐng)查閱參考文獻(xiàn)[2]，aic23的配置有spi和i2c兩種方式，這里介紹以通用i/o口模擬i2c通信來(lái)配置aic23。aic23的i2c時(shí)序圖如圖5所示。

2.2 用mcbsp接口作為通用i/o模擬i2c接口

使用mcbsp和aic23的i2c接口的原理如圖6所示，在這里使用5410a的mcbsp1的bclkx1和bfsx1引腳與aic23的sclk和sdin引腳連接。bclkx1作為i2c的時(shí)鐘，bfsx1作為i2c的數(shù)據(jù)線。需要注意的是，必須把a(bǔ)ic23的mode引腳接地。才能選中aic23的i2c模式；而且當(dāng)cs引腳為低電平時(shí)，aic23的i2c地址為0011010。在3種接口方式中，5410a都作為i2c總線上的主設(shè)備，aic23作為i2c總線上的從設(shè)備。

使用mcbsp端口擴(kuò)展通用i/o口時(shí)，每次都要先寫(xiě)入pcr寄存器的入口地址0eh，然后才能操作pcr寄存器。

2.3 使用hpi接口作為通用i/o模擬i2c接口

使用hpi接口和aic23的i2c接口的原理如圖7所示，在這里使用5410a的hd0和hd1引腳與aic23的sclk和sdin引腳連接，hd1作為i2c的時(shí)鐘，hd0作為i2c的數(shù)據(jù)線，要注意的是，必須把5410a的hpiena引腳接地，才能將hpi端口作為通用i/o口使用。

使用hpi端口擴(kuò)展通用i/o口時(shí)，首先要配置控制寄存器確定端口的輸入/輸出方式，然后再操作數(shù)據(jù)寄存器。

2.4 使用xio2接口作為通用i/o模擬i2c接口

使用xi02接口和aic23的i2c接口的原理如圖8所示，在這里使用5410a的a0和d0引腳與aic23的sclk和sdin引腳連接，a0作為i2c的時(shí)鐘，d0作為i2c的數(shù)據(jù)線。需要注意的是：5410a的a0引腳只能作為輸出，在這種情況下，5410a只能作為i2c總線上的主設(shè)備。

2.5 三種擴(kuò)展方法的比較

上述介紹的3種方法中，使用mcbsp接口來(lái)擴(kuò)展通用i/o口，有配置靈活，收發(fā)端口可以獨(dú)立操作，最多4個(gè)引腳（bclkr、bclkx、bfsr和bfsx）可以作為雙向i/o口的優(yōu)點(diǎn)。但是從程序代碼的長(zhǎng)度也可以看到，編程比較煩瑣，而且引腳數(shù)較少，使用起來(lái)不太方便，使用hpi接口來(lái)擴(kuò)展通用i/o口，由于有專(zhuān)用的寄存器來(lái)控制通用i/o口擴(kuò)展，具有配置靈活控制方便的優(yōu)點(diǎn)，而且全部8個(gè)引腳都可以作為雙向i/o口使用，但是hpi接口作為通用i/o口后，就不再具有hpi功能，如果i/o引腳需要不多，則會(huì)造成資源的浪費(fèi)，而且在某些dsp芯片（如tms320vc5410）上不支持hpi作為通用i/o口使用。使用xio2接口擴(kuò)展通用i/o口，具有引腳多（有38個(gè)引腳，）操作方便的優(yōu)點(diǎn)，但是xio2接口一般都是和sram或其他并行設(shè)備進(jìn)行通信使用，復(fù)用xio2接口作通用i/o口時(shí)要格外謹(jǐn)慎，而且作為i/o口時(shí)地址線只能單向輸出，應(yīng)用起來(lái)具有局限性，所以在擴(kuò)展通用i/o口的時(shí)候，需要根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇擴(kuò)展的方式。

結(jié)語(yǔ)

ti公司的c5000系列dsp多都沒(méi)有專(zhuān)用的通用i/o引腳，本文介紹的3種方法可以有效地?cái)U(kuò)展dsp的通用i/o口，在設(shè)計(jì)時(shí)可以靈活地選擇擴(kuò)展方式，其中hpi擴(kuò)展方式適用于支持?jǐn)U展功能的芯片，mcbsp擴(kuò)展方式和xio2擴(kuò)展方式適用于大多數(shù)c5000系列芯片，使用這些方法，可以省掉外圍的控制電路和芯片，降低系統(tǒng)成本和功耗，具有較高的實(shí)用價(jià)值。