TMS320VC5410A I/O口的多種擴展與I2C接口模擬

ti公司的dsp芯片tms320vc5410a（簡稱5410a）是性能卓越的低功耗定點16位dsp，在嵌入式系統(tǒng)中有著廣泛應用，5410a沒有專門的通用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5410a的片上外設沒有i2c接口，所以，當5410a需要控制外圍芯片或與其他芯片進行通信時（如i2c通信），必須擴展通用i/o口，本文首先介紹5410通用i/o口的多種擴展方式，然后針對每種擴展方式實現(xiàn)與語音芯片tlv320aic23的i2c通信。

1 通用i/o口的多種擴展方式

1.1 使用多通道緩沖串行接口擴展通用 i/o口

5410a具有3個多通道緩沖串行（簡稱mcbsp）接口，每個mcbsp接口有6個引腳，在通常情況下，可以靈活地與外圍設備進行串行通信。在需要的時候，可以配置為通用i/o口。

mcbsp的6個引腳分別是bclkr、bclkx、bfsr、bfsx、bdr和bdx，通過配置mcbsp的子寄存器pcr來實現(xiàn)通用i/o口的擴展，下面對圖1所示的pcr寄存器的配置進行闡述。

1）15位與16位。保留。

2）第13位xioen和12位rioen，控制著mcbsp的功能，分別對應著3個引腳，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，當這兩位置0時，mcbsp作為普通的串行接口與外部通信，當這兩位置1時，把mcbsp置為通用i/o口。xioen和rioen對引腳的控制是分開的，例如xioen＝1，rioen＝0時，bclkx、bfsx和bdx三個引腳是作為同月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，控制著相應引腳的輸入/輸出，配置為輸入時置0，配置為輸出時置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，在輸出時控制著相應引腳的高低電平，而作為輸入時，可以從對應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，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 使用主機接口（hpi）擴展通用i/o口

5410a具有增強型8位和16位主機接口（簡稱hpi），通常情況下用來與主機進行高速率的數(shù)據(jù)通信，需要時可以禁止主機接口的功能，擴展為通用i/o口。
hpi接口有8位數(shù)據(jù)線hd0－h(huán)d7可以用來作為通用i/o口，通用i/o口的擴展是通過兩個專用寄存器gpiocr（通用i/o口控制寄存器）和gpiosr（通用i/o口狀態(tài)寄存器）的控制來實現(xiàn)的。下面對圖2和圖3所示的兩個寄存器的配置進行闡述。

圖2和圖3中的dir7－dir0和hd7－h(huán)d0引腳一一對應，gpiocr用來控制通用i/o口的讀/寫方向。當7－0中的某一位置0時，對應的引腳配置為輸入，當置為1時，對應引腳配置為輸出，例如dir7置為0時，dh7作為輸入引腳，dir6置為1時,dh6作為輸出引腳，gpiosr在作為輸出時是用來控制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，相應的位用來反應對應引腳上的電平狀態(tài)。在這里要注意：在配置hpi接口為通用i/o口時，在硬件設計上需要將5410a的第92引腳（hpiena）懸空或者接地，來禁止hpi接口。

1.3 使用xio2接口擴展通用i/o口

5410具有片上增強型外部并行接口（xio2），該接口具有23位地址線（a22－a0）和16位數(shù)據(jù)線（d15－d0），通常該接口用來與sram或其他并行設備進行通信，在需要的時候可以被用作通用i/o口來使用。作為i/o口使用時，使用portw合powtr指令來發(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引腳來使用。

2 模擬i2c接口與tlv320aic23的通信

2.1 i2c接口和tlv320aic23簡介

i2c（inter－integrated circuit）總線是一種由philips公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設備。i2c總線是由數(shù)據(jù)線sda和時鐘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，但就象電話機一樣只有撥通各自的號碼才能工作，所以每個電路和模塊都有唯一的地址。i2c總線主要的優(yōu)點是其簡單性和有效性，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，總線的長度可高達25英尺，i2c總線的另一個優(yōu)點是：支持多主控（multimastering）,任何能夠進行發(fā)送和接收的設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總線的詳細資料請查閱參考文獻[1]。

tlv320aic23（簡稱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，可以很好地應用在數(shù)字音頻領(lǐng)域，有關(guān)aic23的詳細資料請查閱參考文獻[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通信來配置aic23。aic23的i2c時序圖如圖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的時鐘，bfsx1作為i2c的數(shù)據(jù)線。需要注意的是，必須把aic23的mode引腳接地。才能選中aic23的i2c模式；而且當cs引腳為低電平時，aic23的i2c地址為0011010。在3種接口方式中，5410a都作為i2c總線上的主設備，aic23作為i2c總線上的從設備。

使用mcbsp端口擴展通用i/o口時，每次都要先寫入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端口擴展通用i/o口時，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總線上的主設備。

2.5 三種擴展方法的比較

上述介紹的3種方法中，使用mcbsp接口來擴展通用i/o口，有配置靈活，收發(fā)端口可以獨立操作，最多4個引腳（bclkr、bclkx、bfsr和bfsx）可以作為雙向i/o口的優(yōu)點。但是從程序代碼的長度也可以看到，編程比較煩瑣，而且引腳數(shù)較少，使用起來不太方便，使用hpi接口來擴展通用i/o口，由于有專用的寄存器來控制通用i/o口擴展，具有配置靈活控制方便的優(yōu)點，而且全部8個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，則會造成資源的浪費，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接口擴展通用i/o口，具有引腳多（有38個引腳，）操作方便的優(yōu)點，但是xio2接口一般都是和sram或其他并行設備進行通信使用，復用xio2接口作通用i/o口時要格外謹慎，而且作為i/o口時地址線只能單向輸出，應用起來具有局限性，所以在擴展通用i/o口的時候，需要根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇擴展的方式。

結(jié)語

ti公司的c5000系列dsp多都沒有專用的通用i/o引腳，本文介紹的3種方法可以有效地擴展dsp的通用i/o口，在設計時可以靈活地選擇擴展方式，其中hpi擴展方式適用于支持擴展功能的芯片，mcbsp擴展方式和xio2擴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，具有較高的實用價值。