TMS320C54XX系列DSP與PC機間串行通信的實現

TMS320C54XX系列DSP與PC機間串行通信的實現

摘要：目前大多數數字信號處理器（DSP）芯片上未提代通用異步串行收發器（UART），只提供2～3個同步串行接口，其與微機及其它設備進行串行通信時，必須在DSP上擴展異步串行接口。以美國TI公司TMS320C54XX系列DSP為例，采用MAXIM公司的MAX3111異步串行收發器，研究了理想的接口擴展方案。論述了這種方案的軟、硬件實現。該方案硬件連接簡單，軟件編程方便，可實現DSP與PC機間的串行通信，具有很高的工程應用價值。

DSP在電子工業領域得到了越來越廣泛的應用。在DSP應用系統設計中，必不可少的是各種通信接口的設計。與并行接口相比，串行接口的最大特點是減少了器件引腳數目，降低了接口設計復雜性。串行數據傳輸可分為同步和異步兩種模式。通用PC機的RS-232接口為通用異步接口UART（Universal Asynchronous Receiver and Transmitter），而MOTOROLA公司的串行外圍設備接口SPI、隊列SPI（QSPI）、PHILIPS公司的內部IC總線（I2C），National公司的微總線（MICROWIRE）均為同步串行協議。

目前幾乎所有的數字信號處理器都提供了一個或多個串行接口，然而，多數DSP芯片提供的是同步串口。在實際的應用中，也需要DSP能夠與外設進行異步串行通信，如與PC機進行串行數據傳輸就要求DSP系統具UART串行接口。針對這種情況，本文研究并實現了一種簡單、可靠的異步串口擴展方法。

1 擴展方案

綜合分析DSP應用系統中擴展異步串行接口的方案，其基本方法和優缺點如下：

（1）在DSP的并行總線上擴展UART芯片（如TI公司的TL16C552），用硬件實現異步數據傳輸。優點是軟件實現簡單，缺點是在總線上還需擴展其它設備，這樣做使目標系統復雜化，增大系統體積。

（2）利用DSP的McBSP和DMA，在不擴展其它硬件的情況下，用軟件實現異步數據傳輸格式。這種方法的優點在于硬件簡單，但軟件復雜，加大了CPU的負擔，所以不適合通信數據量大的場合。

（3）利用DSP的McBSP同步串行接口，在擴展適當硬件的情況下，將同步數據變換為UART異步數據格式進行傳輸。這樣，就充分利用了DSP的片上資源，使硬件系統盡量簡單化。

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，應用美國MAXIM公司的MAX3111串行異步收發器，與DSP的McBSP口直接連接。硬件上無需任何其它外圍器件，同時由于異步數據的發送和接收由MAX3111以硬件方案實現，所以軟件編程需要考慮的也只是DSP與MAX3111之間的同步數據通信。這樣，用最簡單的硬件連接和軟件編程就能實現同步到異步的串行數據格式轉換。

2 SPI接口協議及DSP的多通道緩沖串行接口

2.1 SPI接口協議

串行外圍設備接口（SPI）是MOTOROLA公司提出的一個同步串行外設接口，允許CPU與各種外圍接口器件以串行方式進行通信、交換信息。它使用4條線：串行時鐘線（SCK）、主機輸入/從機輸出線（MISO）、主機輸出/從機輸入線（MOSI）、低電平有效的使能信號線（CS）。這樣，僅需3～4根數據線和控制線即可擴展具有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

TMS320C54XX系列DSP芯片都具有2～3個高速、全雙工、多通道緩沖串行接口（McBSP），其方便的數據流控制可使其與大多數同步串行外圍設備接口。McBSP是在標準串行接口的基礎上對功能進行擴展的，除具有標準串口的功能特點外，其靈活性體現在如下幾個方面：

（1）雙緩沖區發送，三緩沖區接收，允許連續數據流傳輸；

（2）可與SPI、IOM-2、AC97等兼容設備直接接口；

（3）可編程幀同步、數據時鐘極性，支持外部移位時鐘或內部頻率可編程移位時鐘；

（4）擁有相互獨立的數據發送和接收幀同步脈沖和時鐘信號；

（5）多通道發送和接收，最多可達128個通道，速度可為100Mbit/s。

2.3 McBSP的SPI方式

TMS320C54XX系列DSP芯片的McBSP串口工作于時鐘停止模式時與SPI協議兼容。當將McBSP配置為時鐘停止模式時，發送器和接收器在內部得到同步，這時McBSP可作為SPI的主設備或從設備。發送時鐘信號（BCLKX）對應于SPI協議中的串行時鐘信號（SCK），發送幀同步信號對應于從設備使能信號（CS）。在這種方式下對接收時鐘信號（BCLKR）和接收幀同步信號（BFSR）將不進行連接，因為它們在內部與BCLKX和BFSX相連接。McBSP工作于SPI模式的主機時，與其它SPI器件接口如圖2所示。

3 MAX3111通用異步收發器

3.1 MAX3111功能特點

MAX3111通用異步收發器是MAXIM公司專門為小型微處理系統進行最優化設計的UART，它包括一個振蕩器和一個可編程波特率發生器；具有一個可屏蔽的中斷源；另具有一個8字節的接收FIFO（先入先出）緩沖器。它應用SPI/MICROWIRE接口技術直接與主控制器進行通信，線路簡單、體積小，通信速率可達230kbit/s。另外其內部除具有UART之外，還包括兩個RS-232電平轉換器，這樣無需再接入普通的MAX232進行電平轉換，即可應用一個芯片實現微控器（具有SPI/MICROWIRE接口）與PC機或其它設備之間的異步數據傳輸。

3.2 對MAX3111的操作

MAX3111通過SPI接口與主設備進

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