TMS320VC5410的McBSP串行接口技術(shù)與程序設(shè)計(jì)

摘要：介紹TMS320VC5410的多功能串行接口（McBSP），并結(jié)合McBSP與高精度，高速率串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：DSP McBSP SPI 模數(shù)轉(zhuǎn)換器

一、DSP的串行接口技術(shù)

當(dāng)今，嵌入式系統(tǒng)正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發(fā)展。隨著串行接口技術(shù)的不斷成熟，逐步達(dá)到了以上設(shè)計(jì)要求，成為重要的接口方案。尤其在數(shù)字信號(hào)處理器方面，串行口的重要性體現(xiàn)得更加突出，幾乎所有的數(shù)字信號(hào)處理器都提供了一個(gè)或多個(gè)串行接口，并且隨著數(shù)字信號(hào)處理器的更新?lián)Q代，其相應(yīng)的串行接口，在功能上不斷強(qiáng)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(shù)目，降低了接口設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數(shù)據(jù)以位為單位的串行方式進(jìn)行處理。目前，世界各主要半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)。典型的串行協(xié)議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設(shè)備接口SPI和隊(duì)列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線（microwire）。

圖1是典型的SPI協(xié)議。SPI協(xié)議采用主從設(shè)置，相互連接的設(shè)備中一個(gè)作為主設(shè)備，其他的設(shè)備作為從設(shè)備。接口連線主要包括以下4條信號(hào)線：

（1）串行數(shù)據(jù)輸入信號(hào)線，即MISO（Master InSlave Out）；

（2）串行數(shù)據(jù)輸出信號(hào)線，即MOSI（Master Out-Slave In）；

（3）移位時(shí)鐘信號(hào)線，即SCK；

（4）從設(shè)備片選信號(hào)線，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(shù)字信號(hào)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(dá)100Mbit/s。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)之上對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展，因此，具有與標(biāo)準(zhǔn)串行接口相同的基本功能：

（1）全雙工通信；

（2）擁有兩級(jí)緩沖發(fā)送和三級(jí)緩沖接收數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸；

（3）為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收提供獨(dú)立的幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)；

（4）能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設(shè)備直接連接；

（5）支持外部移位時(shí)鐘或內(nèi)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(shè)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(zhǎng)度可選，包括8、12、16、20、24和32位；

（4）支持μ-Law和A-Law數(shù)據(jù)壓縮擴(kuò)展；

（5）進(jìn)行8位數(shù)據(jù)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(hào)的極性可編程；

（7）內(nèi)部時(shí)鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程，具有相當(dāng)大的靈活性。

2.McBSP寄存器的訪問(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(shù)據(jù)頁(yè)0的存儲(chǔ)空間限制，有些寄存器必須通過(guò)子地址尋址方式來(lái)訪問(wèn)。SPSA_x是子地址寄存器，欲訪問(wèn)指定的寄存器，只要把相應(yīng)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

假如要對(duì)McBSP1的發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行設(shè)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(chǔ)單元0x0049就映射為發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，對(duì)存儲(chǔ)單元0x0049的讀寫(xiě)操作，就相當(dāng)于對(duì)發(fā)送控制寄存器2（XCR2_1）進(jìn)行操作。

例：設(shè)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(chǔ)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(chǔ)單元0x0049

STM #0041h,REG_1

3.McBST的SPI接口設(shè)計(jì)

McBSP的時(shí)鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容。當(dāng)McBSP處于時(shí)鐘停止模式時(shí)，發(fā)送器和接收器是內(nèi)部同步時(shí)，因此可以將McBSP作為SPI主設(shè)備或從設(shè)備。當(dāng)設(shè)置McBSP為主設(shè)備時(shí)，發(fā)送端輸出信號(hào)（BDX）就作為SPI協(xié)議的MOSI信號(hào)，接收端輸入信號(hào)（BDR）就作為SPI協(xié)議的MISO信號(hào)。發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)（BFSX）作為從設(shè)備片選信號(hào)（SS），而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（BCLKX）就與SPI協(xié)議的串行時(shí)鐘信號(hào)（SCK）相對(duì)應(yīng)。由于接收時(shí)鐘信號(hào)（BCLKR）和接收幀同步脈沖信號(hào)（BFSR）與發(fā)送端的相應(yīng)部分（BCLKX和BFSX）在內(nèi)部相互連接，因此這些信號(hào)不用于時(shí)鐘停止模式。McBSP設(shè)置為主設(shè)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(shù)模轉(zhuǎn)換器MAX541

MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)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，基本上滿足大多數(shù)應(yīng)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

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(zhǔn)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AX541的數(shù)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(yán)格隔離模擬地AGND和數(shù)字地DGND，最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數(shù)字地連接在國(guó)起，構(gòu)成星形的地線系統(tǒng)。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運(yùn)算放大器MAX495。表3是數(shù)字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

表3 MAX541單極性接口

DSP的發(fā)送幀同步脈沖信號(hào)（BFSX）作為MAX541的片選信號(hào)（CS），而發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（BCLKX）作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入。MAX541的三線接口電路時(shí)序如圖4所示。

圖4所示，在片選信號(hào)CS由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖降耐瑫r(shí)，串行數(shù)據(jù)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(nèi)的輸入寄存器。

3.軟件設(shè)計(jì)

下面通過(guò)產(chǎn)生國(guó)個(gè)鋸齒波的例子來(lái)說(shuō)明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設(shè)計(jì)。

當(dāng)McBSP作為SPI通信的主設(shè)備，由它為從設(shè)備提供時(shí)鐘信號(hào)，并控制數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程。CLKX引腳上的時(shí)鐘信號(hào)必須在數(shù)據(jù)包傳輸期間使能，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)包傳輸時(shí)，時(shí)鐘信號(hào)根據(jù)所采用的極性保持高電平或者低電平。通常，通過(guò)McBSP的采樣率發(fā)生器產(chǎn)生10MHz時(shí)鐘信號(hào)，由BCLKX引腳輸出，作為MAX541的串行時(shí)鐘輸入信號(hào)。McBSP利用BFSX引腳為MAX541提供片選信號(hào)，因此必須正確設(shè)置幀脈沖發(fā)生器，使之在每個(gè)數(shù)據(jù)包傳輸期間產(chǎn)生幀同步脈沖，即在數(shù)據(jù)包傳輸?shù)牡谝晃晦D(zhuǎn)變?yōu)橛行顟B(tài)（在本例中為低電平有效，取決于MAX541的片選信號(hào)CS），然后維持有效狀態(tài)直到數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢。此外，根據(jù)SPI傳輸協(xié)議，必須正確設(shè)置數(shù)據(jù)發(fā)送延遲時(shí)間（XDATDLY=01b），由圖4可知，在幀同步脈沖有效之后，大約延遲了一個(gè)時(shí)鐘周期才進(jìn)行串行數(shù)據(jù)的發(fā)送。根據(jù)圖4所示的時(shí)序圖，為McBSP選擇一種合適的時(shí)鐘方案，即設(shè)置McBSP的時(shí)鐘停止模式。在本例中采用時(shí)鐘停止模式3（CLKSTP=10b、CLKXP=1），其時(shí)鐘方案如圖5所示。

表4列出了一些與SPI設(shè)置相關(guān)的寄存器位。

表4 與SPI設(shè)置相關(guān)的些寄存器位

4.程序清單

程序首次初始化TMS320VC5410，使數(shù)據(jù)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。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后，響應(yīng)XRDY中斷發(fā)送數(shù)據(jù)。

.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

SSBX INTM ；禁止所有可屏蔽中斷

STM #0FFFFh，IFR ；清除所有中斷標(biāo)志

STM #0020h,IMR ;允許BSPX0中斷

STM #0010h,TCR ；關(guān)閉DSP計(jì)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(fù)位態(tài)時(shí)，以便

；對(duì)控制寄存器進(jìn)行設(shè)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(shù)據(jù)）

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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，F(xiàn)SGM=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(shù)

WAIT：IDLE1

B WAIT

BSPX0：

STM #0h，IFR

AMR AR1

MVDM AR1，DXR1_1

RETE

.end

結(jié)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(jié)合實(shí)例子著重討論了如何利用SPI接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)McBSP與其他串行器件之間相互通信。