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TMS320C54XX系列DSP與PC機(jī)間串行通信的實(shí)現(xiàn)
摘要：目前大多數(shù)數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）芯片上未提代通用異步串行收發(fā)器（UART），只提供2～3個(gè)同步串行接口，其與微機(jī)及其它設(shè)備進(jìn)行串行通信時(shí)，必須在DSP上擴(kuò)展異步串行接口。以美國(guó)TI公司TMS320C54XX系列DSP為例，采用MAXIM公司的MAX3111異步串行收發(fā)器，研究了理想的接口擴(kuò)展方案。論述了這種方案的軟、硬件實(shí)現(xiàn)。該方案硬件連接簡(jiǎn)單，軟件編程方便，可實(shí)現(xiàn)DSP與PC機(jī)間的串行通信，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。DSP在電子工業(yè)領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在DSP應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，必不可少的是各種通信接口的設(shè)計(jì)。與并行接口相比，串行接口的最大特點(diǎn)是減少了器件引腳數(shù)目，降低了接口設(shè)計(jì)復(fù)雜性。串行數(shù)據(jù)傳輸可分為同步和異步兩種模式。通用PC機(jī)的RS-232接口為通用異步接口UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），而MOTOROLA公司的串行外圍設(shè)備接口SPI、隊(duì)列SPI（QSPI）、PHILIPS公司的內(nèi)部IC總線(xiàn)（I2C），National公司的微總線(xiàn)（MICROWIRE）均為同步串行協(xié)議。
目前幾乎所有的數(shù)字信號(hào)處理器都提供了一個(gè)或多個(gè)串行接口，然而，多數(shù)DSP芯片提供的是同步串口。在實(shí)際的應(yīng)用中，也需要DSP能夠與外設(shè)進(jìn)行異步串行通信，如與PC機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)傳輸就要求DSP系統(tǒng)具UART串行接口。針對(duì)這種情況，本文研究并實(shí)現(xiàn)了一種簡(jiǎn)單、可靠的異步串口擴(kuò)展方法。
1 擴(kuò)展方案
綜合分析DSP應(yīng)用系統(tǒng)中擴(kuò)展異步串行接口的方案，其基本方法和優(yōu)缺點(diǎn)如下：
（1）在DSP的并行總線(xiàn)上擴(kuò)展UART芯片（如TI公司的TL16C552），用硬件實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點(diǎn)是軟件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是在總線(xiàn)上還需擴(kuò)展其它設(shè)備，這樣做使目標(biāo)系統(tǒng)復(fù)雜化，增大系統(tǒng)體積。
（2）利用DSP的McBSP和DMA，在不擴(kuò)展其它硬件的情況下，用軟件實(shí)現(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸格式。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于硬件簡(jiǎn)單，但軟件復(fù)雜，加大了CPU的負(fù)擔(dān)，所以不適合通信數(shù)據(jù)量大的場(chǎng)合。
（3）利用DSP的McBSP同步串行接口，在擴(kuò)展適當(dāng)硬件的情況下，將同步數(shù)據(jù)變換為UART異步數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。這樣，就充分利用了DSP的片上資源，使硬件系統(tǒng)盡量簡(jiǎn)單化。
綜合考慮硬件連接和軟件編程的方便性，本文采用第三種方案，應(yīng)用美國(guó)MAXIM公司的MAX3111串行異步收發(fā)器，與DSP的McBSP口直接連接。硬件上無(wú)需任何其它外圍器件，同時(shí)由于異步數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收由MAX3111以硬件方案實(shí)現(xiàn)，所以軟件編程需要考慮的也只是DSP與MAX3111之間的同步數(shù)據(jù)通信。這樣，用最簡(jiǎn)單的硬件連接和軟件編程就能實(shí)現(xiàn)同步到異步的串行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。
2 SPI接口協(xié)議及DSP的多通道緩沖串行接口
2.1 SPI接口協(xié)議
串行外圍設(shè)備接口（SPI）是MOTOROLA公司提出的一個(gè)同步串行外設(shè)接口，允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通信、交換信息。它使用4條線(xiàn)：串行時(shí)鐘線(xiàn)（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出線(xiàn)（MISO）、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入線(xiàn)（MOSI）、低電平有效的使能信號(hào)線(xiàn)（CS）。這樣，僅需3～4根數(shù)據(jù)線(xiàn)和控制線(xiàn)即可擴(kuò)展具有SPI接口的各種I/O器件。其典型的接口示意圖如圖1所示。
2.2 McBSP的功能與特點(diǎn)
TMS320C54XX系列DSP芯片都具有2～3個(gè)高速、全雙工、多通道緩沖串行接口（McBSP），其方便的數(shù)據(jù)流控制可使其與大多數(shù)同步串行外圍設(shè)備接口。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)上對(duì)功能進(jìn)行擴(kuò)展的，除具有標(biāo)準(zhǔn)串口的功能特點(diǎn)外，其靈活性體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：
（1）雙緩沖區(qū)發(fā)送，三緩沖區(qū)接收，
允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸；
（2）可與SPI、IOM-2、AC97等兼容設(shè)備直接接口；
（3）可編程幀同步、數(shù)據(jù)時(shí)鐘極性，支持外部移位時(shí)鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時(shí)鐘；
（4）擁有相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收幀同步脈沖和時(shí)鐘信號(hào)；
（5）多通道發(fā)送和接收，最多可達(dá)128個(gè)通道，速度可為100Mbit/s。
2.3 McBSP的SPI方式
TMS320C54XX系列DSP芯片的McBSP串口工作于時(shí)鐘停止模式時(shí)與SPI協(xié)議兼容。當(dāng)將McBSP配置為時(shí)鐘停止模式時(shí)，發(fā)送器和接收器在內(nèi)部得到同步，這時(shí)McBSP可作為SPI的主設(shè)備或從設(shè)備。發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)（BCLKX）對(duì)應(yīng)于SPI協(xié)議中的串行時(shí)鐘信號(hào)（SCK），發(fā)送幀同步信號(hào)對(duì)應(yīng)于從設(shè)備使能信號(hào)（CS）。在這種方式下對(duì)接收時(shí)鐘信號(hào)（BCLKR）和接收幀同步信號(hào)（BFSR）將不進(jìn)行連接，因?yàn)樗鼈冊(cè)趦?nèi)部與BCLKX和BFSX相連接。McBSP工作于SPI模式的主機(jī)時(shí)，與其它SPI器件接口如圖2所示。
3 MAX3111通用異步收發(fā)器
3.1 MAX3111功能特點(diǎn)
MAX3111通用異步收發(fā)器是MAXIM公司專(zhuān)門(mén)為小型微處理系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)的UART，它包括一個(gè)振蕩器和一個(gè)可編程波特率發(fā)生器；具有一個(gè)可屏蔽的中斷源；另具有一個(gè)8字節(jié)的接收FIFO（先入先出）緩沖器。它應(yīng)用SPI/MICROWIRE接口技術(shù)直接與主控制器進(jìn)行通信，線(xiàn)路簡(jiǎn)單、體積小，通信速率可達(dá)230kbit/s。另外其內(nèi)部除具有UART之外，還包括兩個(gè)RS-232電平轉(zhuǎn)換器，這樣無(wú)需再接入普通的MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，即可應(yīng)用一個(gè)芯片實(shí)現(xiàn)微控器（具有SPI/MICROWIRE接口）與PC機(jī)或其它設(shè)備之間的異步數(shù)據(jù)傳輸。
3.2 對(duì)MAX3111的操作
MAX3111通過(guò)SPI接口與主設(shè)備進(jìn)
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