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TMS320C54XX系列DSP與PC機間串行通信的實現(xiàn)
摘要:目前大多數(shù)數(shù)字信號處理器(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(fā)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(xiàn)。該方案硬件連接簡單,軟件編程方便,可實現(xiàn)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(yè)領域得到了越來越廣泛的應用。在DSP應用系統(tǒng)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(shù)目,降低了接口設計復雜性。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(nèi)部IC總線(I2C),National公司的微總線(MICROWIRE)均為同步串行協(xié)議。
目前幾乎所有的數(shù)字信號處理器都提供了一個或多個串行接口,然而,多數(shù)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(shù)據(jù)傳輸就要求DSP系統(tǒng)具UART串行接口。針對這種情況,本文研究并實現(xiàn)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(tǒng)中擴展異步串行接口的方案,其基本方法和優(yōu)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(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點是軟件實現(xiàn)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(tǒng)復雜化,增大系統(tǒng)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(xiàn)異步數(shù)據(jù)傳輸格式。這種方法的優(yōu)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)變換為UART異步數(shù)據(jù)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(tǒng)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(fā)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(shù)據(jù)的發(fā)送和接收由MAX3111以硬件方案實現(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,用最簡單的硬件連接和軟件編程就能實現(xiàn)同步到異步的串行數(shù)據(jù)格式轉換。
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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)流控制可使其與大多數(shù)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(xiàn)在如下幾個方面:
(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等兼容設備直接接口;
(3)可編程幀同步、數(shù)據(jù)時鐘極性,支持外部移位時鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時鐘;
(4)擁有相互獨立的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收幀同步脈沖和時鐘信號;
(5)多通道發(fā)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(xié)議兼容。當將McBSP配置為時鐘停止模式時,發(fā)送器和接收器在內(nèi)部得到同步,這時McBSP可作為SPI的主設備或從設備。發(fā)送時鐘信號(BCLKX)對應于SPI協(xié)議中的串行時鐘信號(SCK),發(fā)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(nèi)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(fā)器
3.1 MAX3111功能特點
MAX3111通用異步收發(fā)器是MAXIM公司專門為小型微處理系統(tǒng)進行最優(yōu)化設計的UART,它包括一個振蕩器和一個可編程波特率發(fā)生器;具有一個可屏蔽的中斷源;另具有一個8字節(jié)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(nèi)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(xiàn)微控器(具有SPI/MICROWIRE接口)與PC機或其它設備之間的異步數(shù)據(jù)傳輸。
3.2 對MAX3111的操作
MAX3111通過SPI接口與主設備進
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