摘要：介紹TMS320VC5410的多功能串行接口（McBSP），并結合McBSP與高精度，高速率串行數據轉換器MAX5410之間的串行通信，從硬件和軟件兩個方面具體討論McBSP的設計方法。

關鍵詞：DSP McBSP SPI 模數轉換器

一、DSP的串行接口技術

當今，嵌入式系統正迅速向低功耗、低成本、小體積、高性能、高速率方向發展。隨著串行接口技術的不斷成熟，逐步達到了以上設計要求，成為重要的接口方案。尤其在數字信號處理器方面，串行口的重要性體現得更加突出，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，并且隨著數字信號處理器的更新換代，其相應的串行接口，在功能上不斷強化，性能上不斷提升。

與并行接口相比，串行接口的最大優點就是減少了DSP的引腳數目，降低了接口設計的復雜性。通常，串行接口提供全雙工同步操作，輸入和輸出數據以位為單位的串行方式進行處理。目前，世界各主要半導體制造商提交了許多不同的串行協議，其中一些已經成為工業標準。典型的串行協議包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外圍設備接口SPI和隊列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微總線（microwire）。

圖1是典型的SPI協議。SPI協議采用主從設置，相互連接的設備中一個作為主設備，其他的設備作為從設備。接口連線主要包括以下4條信號線：

（1）串行數據輸入信號線，即MISO（Master InSlave Out）；

（2）串行數據輸出信號線，即MOSI（Master Out-Slave In）；

（3）移位時鐘信號線，即SCK；

（4）從設備片選信號線，即SS。

二、TMS320VC5410的多通道緩存串行口——McBSP

1.McBSP的功能特點

TMS320V5410是TI生產的第二代低功耗TMS320C5000系列定點數字信號處理器，提供了3個高速、全雙工、多通道緩存串行口McBSP，每個串行口可以支持128通道，速度達100Mbit/s。McBSP是在標準串行接口的基礎之上對功能進行擴展，因此，具有與標準串行接口相同的基本功能：

（1）全雙工通信；

（2）擁有兩級緩沖發送和三級緩沖接收數據寄存器，允許連續數據流傳輸；

（3）為數據發送和接收提供獨立的幀同步脈沖和時鐘信號；

（4）能夠與工業標準的解碼器、模擬接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A設備直接連接；

（5）支持外部移位時鐘或內部頻率可編程移位時鐘。

此外，McBSP還具有以下特殊功能：

（1）可以與IOM-2、SPI、AC97等兼容設備直接連接；

（2）支持多通道發送和接收，每個串行口最多支持128通道；

（3）串行字長度可選，包括8、12、16、20、24和32位；

（4）支持μ-Law和A-Law數據壓縮擴展；

（5）進行8位數據傳輸時，可以選擇LSB或MSB為起始位；

（6）幀同步脈沖和時鐘信號的極性可編程；

（7）內部時鐘和幀同步脈沖的產生可編程，具有相當大的靈活性。

2.McBSP寄存器的訪問

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個寄存器與之相關，除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外，其中15個寄存器是可尋址寄存器。由于數據頁0的存儲空間限制，有些寄存器必須通過子地址尋址方式來訪問。SPSA_x是子地址寄存器，欲訪問指定的寄存器，只要把相應的子地址寫入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McBSP1的發送控制寄存器2（XCR2_1）進行設置。首先，將子地址0x0005寫入子地址寄存器（SPSA_1），與此同時，存儲單元0x0049就映射為發送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，對存儲單元0x0049的讀寫操作，就相當于對發送控制寄存器2（XCR2_1）進行操作。

例：設置McBSP1的發送控制寄存器2（XCR2_1）。

XCR2_1.set 05h；發送控制寄存器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; 存儲單元0x0049，在此被映射為發送控；制寄存器2

；將發送控制寄存器2的子地址寫入子地址寄存器

（SPSA_1）

STM #XCR2_1，SPSA_1

；將控制字0041h寫入存儲單元0x0049

STM #0041h,REG_1

3.McBST的SPI接口設計

McBSP的時鐘停止模式與SPI協議兼容。當McBSP處于時鐘停止模式時，發送器和接收器是內部同步時，因此可以將McBSP作為SPI主設備或從設備。當設置McBSP為主設備時，發送端輸出信號（BDX）就作為SPI協議的MOSI信號，接收端輸入信號（BDR）就作為SPI協議的MISO信號。發送幀同步脈沖信號（BFSX）作為從設備片選信號（SS），而發送時鐘信號（BCLKX）就與SPI協議的串行時鐘信號（SCK）相對應。由于接收時鐘信號（BCLKR）和接收幀同步脈沖信號（BFSR）與發送端的相應部分（BCLKX和BFSX）在內部相互連接，因此這些信號不用于時鐘停止模式。McBSP設置為主設備時，SPI協議連接如圖2所示。

三、McBSP接口舉例

1.高精度數模轉換器MAX541

MAX541是16位串行輸入、電壓輸出數模轉換器，+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等串行通信協議。MAX541最高可以獲得500×10 3采樣點/秒的通過率，基本上滿足大多數應用的要求。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，必須嚴格隔離模擬地AGND和數字地DGND，最后在MAX541的AGND引腳上將模擬地和數字地連接在國起，構成星形的地線系統。在MAX541的輸出端接入電壓跟隨型運算放大器MAX495。表3是數字輸入代碼與模擬輸出電壓之間的對應關系。

表3 MAX541單極性接口

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

圖4所示，在片選信號CS由高電平轉變為低電平的同時，串行數據按照從最高有效位到最低有效位的順序，在串行時鐘的每個上升沿逐位移入片內的輸入寄存器。

3.軟件設計

下面通過產生國個鋸齒波的例子來說明TMS320VC5410與MAX541之間的軟件設計。

當McBSP作為SPI通信的主設備，由它為從設備提供時鐘信號，并控制數據的傳輸過程。CLKX引腳上的時鐘信號必須在數據包傳輸期間使能，當沒有數據包傳輸時，時鐘信號根據所采用的極性保持高電平或者低電平。通常，通過McBSP的采樣率發生器產生10MHz時鐘信號，由BCLKX引腳輸出，作為MAX541的串行時鐘輸入信號。McBSP利用BFSX引腳為MAX541提供片選信號，因此必須正確設置幀脈沖發生器，使之在每個數據包傳輸期間產生幀同步脈沖，即在數據包傳輸的第一位轉變為有效狀態（在本例中為低電平有效，取決于MAX541的片選信號CS），然后維持有效狀態直到數據包發送完畢。此外，根據SPI傳輸協議，必須正確設置數據發送延遲時間（XDATDLY=01b），由圖4可知，在幀同步脈沖有效之后，大約延遲了一個時鐘周期才進行串行數據的發送。根據圖4所示的時序圖，為McBSP選擇一種合適的時鐘方案，即設置McBSP的時鐘停止模式。在本例中采用時鐘停止模式3（CLKSTP=10b、CLKXP=1），其時鐘方案如圖5所示。

表4列出了一些與SPI設置相關的寄存器位。

表4 與SPI設置相關的些寄存器位

4.程序清單

程序首次初始化TMS320VC5410，使數據頁指針（DP）為0，并且禁止中斷。由于TMS320VC5410外接10Hz的時鐘頻率發生器，通過鎖相環電路倍頻至100MHz。接著初始化TMS320VC5410的多通道緩存串行口McBSP。最后，響應XRDY中斷發送數據。

.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 ；清除所有中斷標志

STM #0020h,IMR ;允許BSPX0中斷

STM #0010h,TCR ；關閉DSP計時器，以便降低

；功耗鎖相環（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時鐘停

；止模式3）

STM SPCR2_1，SPSA_1

STM #0000h,REG_1 ;置McBSP于復位態時，以便

；對控制寄存器進行設置

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

；的下降沿發送數據）

STM RCR1_1,SPSA_1

STM #0040h,REG_1 ；每幀1個字，每個字16位

STM RCR2_1，SPSA_1

STM #0041h,REG_1 ；單幀，RFIG=0，RDATDLY=01

；（1位數據延遲）

STM XCR1_1，SPSA_1

STM #0040h，REG_1 ；每幀1個字，每個字16位

STM XCR2）1，SPSA_1

STM #0041h，REG_1 ；單幀XFIG=0，XDATDLY=01

；（1位數據延遲）

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，FSGM=0

RPT #2 ；等待2個CLKSRG周期（CLKSRG=100MHz）

NOP

STM SPCR2_1，SPSA_1

STM #0040h，REG_1 ;啟動McBSP0采樣率發生

；器，/GRST=1

RPT #20 ；等待2個CLKG周期（CLKG）=10MHz)

NOP

STM SPCR2_1,SPSA_1

STM #0041h，REG_1 ；啟動McBSP0發送端，/XRST=1

STM SPCR2_1，SPSA_1

STM #00C1h，REG_1 ；啟動幀同步脈沖，/FRST=1

RPT #80

NOP

STM #08000h,AR1

RSBX INTM ;打開可屏蔽中斷

MVMD AR1，DXR1_1 ；向DXR送數

WAIT：IDLE1

B WAIT

BSPX0：

STM #0h，IFR

AMR AR1

MVDM AR1，DXR1_1

RETE

.end

結束語

本文介紹了TMS320VC5410的多通道緩存串行口（McBSP）的功能特點，并結合實例子著重討論了如何利用SPI接口協議實現McBSP與其他串行器件之間相互通信。