基于TMS320C6000的串行通信扩展方法.docx
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基于TMS320C6000的串行通信扩展方法
课程结业论文
基于TMS320C6000的串行通信扩展方法
课程名称：
DSP原理及应用
任课教师：
许善祥
所在学院：
信息技术学院
专业：
电气工程及其自动化
班 级：
09电气
（2）班
学生姓名：
齐宏力
学 号：
20094073243
中国·大庆
2012年5月
摘要
在信号处理器DSP的应用中，能够高速可靠的传输数据是非常重要的。
TMS320C6000的McBSP不仅具有以往DSP标准串口的基本功能，而且支持许多方式的传输接口，尤其可以利用LVDS实现DSP与DSP之间的数据传输。
本文以TMS320C6711B为例，介绍了两种串行通信的扩展方法，同时给出了相应的软件实现程序。
关键词:
TMS320C6000;McBSP;SPI模式;LVDS串行通信
Abstract
Indigitalsignalprocessor（DSP）applications,itisimportanttotransferdatatoandfromDSPs,aswellasbetweenthem,athighspeedandwithhighreliability.TMS320C6000multichannelbufferedserialport（McBSP）isdesignednotonlytohavebasicfunctionsofpreviousDSPSerialPort,butalsosupportmanyinterfacedevices,especiallytransferdatabetweenDSPsusingalowvoltagedifferentialsignaling（LVDS）.TMS320C6711Btwoextendedserialportcommunicationwaysareintroducedandcorrespondingprogramisprovided.
Keywords:
TMS320C6000;McBSP;SPImode;LVDSserialportcommunication
在DSP的应用中，能够高速可靠的进行数据传输是非常重要的。
TMS320C6000的多通道缓冲串口（McBSP）是在C2x,Ox,C5x和C54x标准串口的基础上发展而来的，它除了具备基本的功能外，还具有以下特点:
（1）支持下面方式的传输接口。
①TI/El帧协议;
②MVIP兼容的交换方式以及ST-BUS兼容设备;
③IOM-2兼容设备;
④AC97兼容设备;
⑤HS兼容设备;
⑥SPI设备。
（2）可与多达128个通道进行收发。
（3）支持传输的数据字长可以是8bit,12bit,16bit,20bit,24bit或32bit.
（4）内置拜一律和A一律压扩硬件。
（5）对8bit数据的传输，可选择先传LSB或MSB。
（6）可设置帧同步信号和数据时钟信号的极性。
（7）内部传输时钟和帧同步信号可编程程度高。
本文以TMS320C6711B（提供了两个McBSP串口）为例，介绍两种串行通信的扩展方法。
基于TMS320C6000的串行通信扩展方法-1-
摘要-2-
Abstract-2-
1多通道缓冲串口（McBSP）接口设计-4-
1.1数据通道-4-
1.2控制通道-5-
2SPI协议接口到UART的转换-5-
2.1McBSP的SPI功能-5-
2.2MAX311IE-SPI兼容UART-5-
2.3时序-6-
2.4McBSP与MAX3111E的通信设置-7-
3McBSP扩展LVDS高速串行通信口-8-
3.1LVDS原理-8-
3.2LVDS收发器SN65LVDS32和SN65LVDS31-8-
3.3LVDS设计考虑-8-
4结论-10-
参考文献:
-10-
1多通道缓冲串口（McBSP）接口设计
本系统需要一个异步串行口作为调试或者作为异步串行通信使用，但McBSP不是异步串口。
通常对于TI的DSP芯片可以采用多种方法搭建一个异步串口，比如直接在EMIF口用专用UART扩展或使用CPLD扩展甚至可以直接利用McBSP,使用大量软件编程来模拟一个异步串口，它们各有优缺点。
在设计中为了充分利用DSP的现有资源，考虑到McBSP支持SPI设备，所以使用SPI到UART转换专用IC（MAX3111E）来实现UART（RS-232），另外一个McBSP，作为同步高速串口增加LVDS驱动，搭建成一个高速串口。
McBSP口（结构框图见图1）包含两个主要的功能模块:
1.1数据通道
数据通道完成数据的发送和接收。
CPU或EDMA控制器向数据发送寄存器（DXR）写入待发送的数据，从数据接收寄存器（DRR）读取接收到的数据。
①接收。
一旦接收帧同步信号变为有效后，DR管脚上接收到的数据先移位进入接收转移寄存器（RSR），然后被复制到接收缓冲寄存器（RBR）中，RBR再将数据复制到DRR中，等候CPU或EDMA控制器将数据读走。
②发送。
写入DXR中的数据先移位进入发送移位寄存器（XSR），当发送帧同步有效后，XSR中的数据输出至DX管脚。
1.2控制通道
控制通道完成的任务包括内部时钟产生、帧同步信号产生、对这些信号的控制以及多通道的选择等。
控制通道还负责产生中断信号送往CPU，产生同步事件通知EDMA控制器。
2SPI协议接口到UART的转换
2.1McBSP的SPI功能
SPI（seiresprotocolinterface）是利用4根信号线的串行接口协议4个接口信号是:
串行数据输入（MISO，主设备输入，从设备输出）、串行数据输出（MOSI，主设备输出，从设备输入）、移位时钟（SCLK）、从设备使能（SS）。
SPI的最大特点是由主设备时钟信号出现与否来界定主/从设备通信，一旦检测到主设备时钟信号，就开始传输数据，时钟信号无效后，传输结束。
McBSP的数据同步时钟具有停止控制选项，因此可以与SPI协议兼容，以McBSP作为SPI的主控端。
McBSP可以很容易地通过对相关寄存器的设定完成SPI兼容功能。
表I列出了CLKSTP与CLKXP相配合，对串口时钟工作模式的控制。
2.2MAX311IE-SPI兼容UART
MAX31IIE是一个全功能UART与SPI兼容极易与微处理器接口需要4条接口线实现与微控制器握手接口，另一条中断信号线可选用。
MAX31IIE仅需要50B的程序，在等待串行事件时，处理器和UART可以进入休眠状态，其FIFO还可缓冲接收突发信息。
MAX3111E工作在3.3V，而且自带具有士巧kVESD保护的RS-232收发器，还包括了UART/SPI接口、波特率发生器（最大波特率230kb/s）、中断发生器和8B的FIFO.通过“写结构寄存器”完成波特率、字长、校验、8B接收FIFO的设定并选择通用UART方式或IrDA方式，控制节电状态和4个中断任务。
图2给出了SPI到UART的转换模块，图3给出了MAX31IIE与CPU的连接图。
片内时钟X1可以是1.8432MHz.3.6864MHz或由占空比为45%-55%的外部方波驱动X1，片内时钟除16是波特率时钟，BO-B3四位确定波特率系数（BRD）,波特率时钟除以BRD即为波特率，波特率的范围是300-230kbaud。
2.3时序
MAX3111E的接口是一个全双工结构，无论读写哪个寄存器都是从DIN逐位输入16bit数据，同时从DOUT逐位输出16bit数据。
每次数据输入都是先从高位开始，到低位结束。
DIN的输入的前两位告诉了UART传输的类型，DIN在SCLK的上升沿被锁存，DOUT在SCLK上升沿被McBSP读入。
DOUT的第1位在CS的下降沿输出，第14-0位在SCLK的下降沿输出。
每次数据都是16bit，如果在数据读写的过程中CS变高，那么这次传输终止。
图4是它的时序图。
2.4McBSP与MAX3111E的通信设置
McBSP中的传输时钟具有停止模式选项，这保证了与SPI协议的兼容性。
McBSP作为主设备，MAX31IIE作为从设备。
通过对McBSP的相关寄存器的设置完成通信交连。
相关寄存器有:
串口控制寄存器（SPCR），接收控制寄存器（RCR），发送控制寄存器（XCR），管脚控制寄存器（PCR），采样率发生控制寄存器（SRGR）。
根据MAX3111E时序上的要求，McBSP寄存器设置如下:
①CLKXM=1（PCR），CLKX为输出。
②CLKSM=1（SRGR），采样率发生器时钟来源于CPU。
③CLKGDV=29（SRGR），采样率发生器分频数为300
④FSXM=1（PCR），FSX为输出。
⑤FSGM=O（SRGR），FSX在每次包传输时被激活。
⑥FSXP=1（PCR），FSX低有效。
⑦XDATDLY=01（XCR），发送时钟延时为to
⑧RDATDLY=01（RCR），接收时钟延时为to
⑨CLKSTP=10（SPCR），时钟停止模式1，无延迟，数据接收在下降沿。
CLKXP=O（PCR），发送数据在时钟上升沿。
⑩RWDLEN1=010（RCR），发送包长为16位。
XWDLENI=010（XCR），接收包长为16位。
3McBSP扩展LVDS高速串行通信口
在许多通信应用中，需要在远距离传输数据，例如在机箱内的板到板之间甚至在机柜到机柜之间的传输几十Mb/s甚至几百Mb/s速率的数据，传统的RS-485.RS-422,RS-232,USB2.0等串行接口标准根本达不到如此高的传输速率，如何稳定、高速地传输数据成为了一个难题。
LVDS接口的出现解决了高速传输这一瓶颈。
3.1LVDS原理
LVDS（lowvoltagedifferentialsignaling）是一种小振幅差分信号技术，使用非常低的幅度信号（350mV），通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输，它允许单个信道传输率达到每秒百兆比特（Mb/s），它特有的低振幅及恒流源模式驱动只产生极低的噪声，消耗非常小的功率，目前LVDS使用的是TIA/EIA-644标准。
3.2LVDS收发器SN65LVDS32和SN65LVDS31
采用SN65LVDS32和SN65LVDS31收发器作为McBSP的LVDS的扩展，其特点如下:
①符合甚至超过ANSI,TIA/EIA-644标准;
②LVDS类型，输出电压350mV,10092负载;
③速率高达400Mb/s;
④典型寄生延时1.7ns;
⑤操作电压为单3.3V;
3.3LVDS设计考虑
（1）输入。
①未使用的输入引脚可以开路，因其内部有下拉电阻300M;
②LVDS31和LVDS32的“G”和“/G”选通信号可以直接接地或VCC，如果接上拉、下拉电阻阻值不应超过10W;
③印制板上在McBSP与LVDS接收器之间的连接线应尽可能短并且匹配，保持任何连接线在长度在5cm之内，相应匹配长度误差小于1cm.
（2）电源供给。
0.01四0805电容在PIN16和GND之间，尽可能靠近IC.
（3）输出。
①PCB引线在发送器和连接器之间要小于2cm,PCB必须构造一个可控的差分阻抗>100。
;
②每条引线在收发器和连接器之间的匹配长度误差小于1CM.
（4）端接。
使用0603或0805,1001215%,1/20W电阻跨接在差分对线上，引线特征阻抗90S2具体的软件程序实现如下:
;EMIF寄存器初始化
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_SPCR=0;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_RCR=0x000500a0;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_XCR=0x000100a0;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_SRGR=0x300000ld;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_MCR=0x0;-
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_RCER=0x0;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_XCER=0x0;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_PCR=0xa05;
For（i=0;i<90000;i++）;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_SPCR=0x00401800;
*（unsignedvolatileint*）McBSP1_SPCR=0x00411801;
*（unsignedint*）McBSP1_DXP=0xc00b;初始化完毕
for（i=0;i<90000;i++）;
for（i=0;i<90000;i++）
{
*（unsignedvolatileint*）（McBSP1_DXP=0x8235;
for（temp=0;temp<90000;temp++）;
}
4结论
由于TMS320C6000的McBSP支持SPI设备，这就使得调试系统的硬件和软件更为方便，从而缩短了系统的开发周期。
同时，由于可以用LVDS进行DSP之间的数据传输，因此，使得高速可靠的进行数据传输得到了保证。
参考文献:
[I]李方慧，王飞，何佩混，等.TMS320C600（）系列DSPs原理与应用「M].北京:
电子工业出版社.
[2]DSPtoDSPLinkUsingLVDS（slla105）[Z].
[3]TMS320C6000McBSPInitalization（SPRA488）[Z].
[4]TMS32OC6000DigitalSignalProcessordatasheets[EB/OL].w.
[5]TMS320C6000PeripheralsReferenceGuide（SPRU190）[Z].
[6]UsingtheTMS32OC6000McBSPasaHighSpeedCommunicationPort[Z].
[7]TMS320C6000McBSPInterfacetoSPIROM（SPRA487c）[Z]
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