串行通信接口DSP设计Word文件下载.docx
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22
DXR20
McBSP0数据发送寄存器2
23
DXR10
McBSP0数据发送寄存器1
24
TIM
定时器0寄存器
25
PRD
定时器0周期计数器
26
TCR
定时器0控制寄存器
27
―
保留
28
SWWSR
软件等待状态寄存器
29
BSCR
块切换控制寄存器
2A
2B
SWCR
软件等待状态控制寄存器
2C
HPIC
HPI控制寄存器
2D～2F
30
TIM1
定时器1寄存器
31
PRD1
定时器1周期计数器
32
TCR1
定时器1控制寄存器
33～37
38
SPSA0
McBSP0串口子块地址寄存器
39
SPSD0
McBSP0串口子块数据寄存器
3A～3B
3C
GPIOCR
通用I/O引脚控制寄存器
3D
GPIOSR
通用I/O引脚状态寄存器
3E～3F
40
DRR21
McBSP1数据接收寄存器2
41
DRR11
McBSP1数据接收寄存器1
42
DXR21
McBSP1数据发送寄存器2
43
DXR11
McBSP1数据发送寄存器1
44～47
48
SPSA1
McBSP1串口子地址寄存器
49
SPSD1
McBSP1串口子数据寄存器
4A～53
54
DMPREC
DMA通道容许与优先控制寄存器
55
DMSA
DMA子块地址寄存器
56
DMSDI
带子块地址递增的DMA数据寄存器
57
DMSDN
DMA子地址寄存器
58
CLKMD
时钟模式寄存器
59～5F
1.2可编程定时器
C5402有两个片内定时器，主要用来产生周期性的中断。
它们的动态范围由16位计数器和4位预定标计数器来确定。
计数频率来自于CPU的时钟频率。
每个定时器都具有软件可编程的3个控制寄存器。
1.2.1定时器的结构及特点
C5402内部有定时器0和定时器1两个定时器。
这两个定时器的结构都是一样的，每个定时器有3个控制寄存器，它们是：
●TIM定时器寄存器，是减1计数器，可加载周期寄存器PRD的值，并随计数减少；
●PRD定时器周期寄存器，PRD中存放定时器的周期计数值，提供TIM重载用；
●TCR定时器控制寄存器，TCR包含定时器的控制和状态位，控制定时器的工作过程
这3个寄存器都是存储器映象寄存器，其所在的地址如表6.1所示。
图1.1所示为定时器的逻辑框图，它由两个基本的功能块组成，即主定时器模块（由PRD和TIM组成）和预定标器模块（由TCR的TDDR和PSC位组成）。
图1.1定时器的逻辑框图
定时器是一个片内向下（递减）计数器。
预定标器PSC由CPU提供时钟，TIM由PSC减为0后产生的信号为时钟。
每次当计数器TIM减少到0时，会产生一个定时器中断（TINT），计数器同时重载周期值。
DSP定时器有以下的主要特点：
（1）由16位计数器和4位预分频计数器组成。
16位计数器的触发脉冲由预分频计数器提供，预分频计数器由CPU工作时钟决定。
（2）定时器是一个减计数器。
（3）有复位功能。
（4）可以选择调试断点时定时器的工作方式
1.2.2定时器的控制寄存器
DSP核通过访问或控制TIM、PRD和TCR这3个寄存器来控制定时器的工作。
其中TCR控制定时器的工作过程，其各位的意义描述如表1.2所示
表1.2TCR定时器控制寄存器
位
复位值
功能
15～12
Reserved
－
11
10
Soft
Free
Soft和Free位一起决定在调试中遇到断点时的定时器工作状态。
FreeSoft定时器状态
00定时器立即停止工作
01当计数器减到0时停止工作
1x定时器继续运行
9～6
PSC
定时器预定标计数器。
当PSC中的数值减到0后，TDDR中的数加载到PSC，TIM减1
5
TRB
定时器重新加载控制位。
复位片内定时器。
当TRB置位时，TIM重新装载PRD的值，PSC重新装载TDDR中的值。
TRB总是读为0。
4
TSS
定时器停止位，TSS＝0，定时器开始工作，TSS＝1定时器停止。
3～0
TDDR
0000
当PSC减为0时，TDDR中的值被装载到PSC中。
1.2.3定时器的操作过程
1．定时器的工作过程
主定时器模块由PRD和TIM组成。
在正常工作情况下，当TIM减计数到0后，PRD中的内容自动地加载到TIM。
当系统复位（SRESET输入信号有效）或者定时器单独复位（TRB有效）时，PRD中的内容重新加载到TIM。
TIM由预定标器PSC提供时钟，每个来自预定标块的输出时钟使TIM减l。
主计数器块的输出为定时器中断（TINT）信号，该信号被送到CPU和定时器输出TOUT引脚。
预定标模块由预定标计数器（PSC）和定时器分频系数（TDDR）组成。
PSC和TDDR都是定时器控制寄存器（TCR）的位。
在正常工作情况下，当PSC减计数到0时，TDDR的内容加载到PSC。
当系统复位或者定时器单独复位时，TDDR的内容重新加载到PSC。
PSC由CPU提供时钟，每个CPU时钟信号将使PSC减1。
通过读TCR，可以读取PSC，但是它不能直接被写。
通过TSS位的控制可以关闭定时器的时钟输入，停止定时器的运行。
当不需要定时器时，停止定时器的操作以降低DSP功耗。
2．定时时间的计算
每次当定时器计数器减少到0时，会产生一个定时器中断（TINT），定时器中断（TINT）周期可由如下公式计算：
定时器的中断周期
通过读TIM，可以读取定时器的当前值；
读TCR可以读取PSC。
由于读这两个寄存器需要两条指令，就有可能在两次读之间因为计数器减而发生读数变化。
因此，如果需要精确的定时测量，就应当在读这两个值前先停止定时器。
3．定时器的初始化
初始化定时器可采用如下步骤：
（1）将TCR中的TSS位置1，停止定时器；
（2）加载PRD；
（3）重新加载TCR以初始化TDDR；
（4）重新启动定时器。
通过设置TSS位为0，并设置TRB位为l以重载定时器周期值，使能定时器。
使能定时器中断的操作步骤如下（假定INTM=1）：
（1）将IFR中的TINT位置1，清除尚未处理完（挂起）的定时器中断。
（2）将IMR中的TINT位置l，使能定时器中断。
（3）可以将STl中的INTM位清0，使能全局中断。
复位时，TIM和PRD被设置为最大值FFFFh，定时器的分频系数（TCR的TDDR位）清0，并且启动定时器。
注意复位后定时器是工作的，如果不用可以在初始化中停止其运行。
1.3串行口
一般TI公司的DSP都有串行口，C54x系列DSP集成在芯片内部的串口分为4种：
标准同步串口（SP）、带缓冲的串行接口（BSP）、时分复用（TDM）串行口和多通道带缓冲串行接口（McBSP）。
其中McBSP属于增强型片内外设。
芯片不同串口配置也不尽相同，表1.3列出了C54x系列DSP的片内接口数量和种类。
串行接口一般通过中断来实现与核心CPU的同步。
串行接口可以用来与串行外部器件相连，如编码解码器、串行A/D或D/A以及其它串行设备。
表1.3C54x系列DSP片内串口数量和形式
芯片
标准串行接口
（BSP）
带缓冲串行接
口（BSP）
时分复用（TDM）
串行接口
多通道缓冲串口
（McBSP）
C541
2
C542
1
C543
C546
C548
C549
C5402
C5410
3
C5420
6
1.3.1标准同步串行口SP
标准同步串行口是一种高速、全双工同步串行口，用于提供与编码器、A/D转换器等串行设备之间的通信。
标准同步串行口发送器和接收器是双向缓冲的，并可单独屏蔽外部中断信号。
它有2个存储器映像寄存器用于传送数据，即发送数据寄存器（DXR）和接收数据寄存器（DRR），另外还有一个串口控制寄存器SPC。
每个串行口的发送和接收部分都有独立的时钟、帧同步脉冲以及串行移位寄存器。
1.标准同步串行口的结构和特点
串行口由16位数据接收寄存器（DRR）、数据发送寄存器（DXR）、接收移位寄存器（RSR）、发送移位寄存器（XSR）以及控制电路所组成。
标准串行口的组成框图如图1.2所示。
图1-2标准串行口的组成框图
串口共涉及到6个引脚，与接受数据有关的是：
接收时钟信号CLKR、串行数据接收DR、接收帧同步信号FSR。
与发送数据有关的是：
发送时钟信号CLKX、串行数据发送DX、发送帧同步信号FSX。
标准同步串口有以下一些特点：
（1）发送与接收的帧同步和时钟同步信号完全独立。
（2）发送和接收部分可独立复位。
（3）串口的工作时钟可来源于片外或片内。
（4）独立的发送和接收数据线。
（5）具有数据返回方式，便于测试。
（6）在程序调试时，工作方式可选。
（7）可以以查询和中断两种方式工作
2．串行口控制寄存器
C54x串行口的操作是由串行口控制寄存器（SPC）决定的。
SPC寄存器的控制位及功能如表1.4所示：
表1.4串口控制寄存器SPC
15
14
FreeSoft串行口时钟的状态
00立即停止串行口时钟，结束传送数据。
01接收数据不受影响。
若正在发送数据，则等到当前字发送完成后停止发送数据。
1x不管Soft位为何值，一旦出现断点，时钟继续运行，数据照常移位。
13
RSRFULL
接收移位寄存器满。
当RSRFULL=1，表示RSR满，暂停接收数据。
如果DRR中的数据被读取，RSRFULL为0
12
XSREMPTY
发送移位寄存器空。
为0时，说明DXR没有被加载，而XSR中的数据已移空。
为1时，暂停发送数据，并停止驱动DX。
XRDY
发送准备好位，XRDY位由0变到l，表示DXR中的内容已经复制到XSR，可以向DXR加载新的数据字，并产生一次发送中断XINT
RRDY
接收准备好位，RRDY位由0变到l，表示RSR中的内容已经复制到DRR中，可以从DRR中取数了，并产生一次接收中断RINT。
9
IN1
X
输入CLKX当前状态
8
IN0
输入CLKR当前状态
7
RRST
接收复位控制位
XRST
发送复位控制位
TXM
发送方式位，用于设定帧同步脉冲FSX的来源。
当TXM=1时，将FSX设置成输出。
每次发送数据的开头由片内产生一个帧同步脉冲。
当TXM=0时，将FSX设置成输入。
由外部提供帧同步脉冲。
发送时，发送器处于空转状态直到FSX引脚上提供帧同步脉冲。
MCM
时钟方式位，用于设定CLKX的时钟源。
当MCM=O时，CLKX配置成输入，采用外部时钟。
当MCM=1时，CLKX配置成输出，采用内部时钟。
片内时钟频率是CLKOUT频率的1/4。
FSM
帧同步方式（FSM）位。
这一位规定串行口工作时，在初始帧同步脉冲之后是否还要求帧同步脉冲。
当FSM=0时，在初始帧同步脉冲之后不需要帧同步脉冲。
当FSM=1时，串行口工作在字符组方式。
每发送／接收一个字都要求一个帧同步脉冲FSX/FSR。
FO
数据格式位，用它规定串行口发送／接收数据的字长。
当FO=0时，发送和接收的数据都是16位字。
当FO=1时，数据按8位字节传送，首先传送MSB，然后是LSB。
DLB
数字返回方式（DLB）位。
用于单个C54x测试串行口的代码。
当DLB=1时，片内通过一个多路开关，将输出端的DR和FSR分别与输入端的DX和FSX相连。
当工作在数字返回方式时，若MCM=1（选择片内串行口时钟CLKS为输出），CLKR由CLKX驱动；
若MCM=0（CLKX从外部输入），CLKR由外部CIKX信号驱动。
如果DLB=0，则串行口工作在正常方式，此时DR、FSR和CLKR都从外部输入。
RES
注意：
要想复位和重新配置串行口，需要对SPC寄存器写两次。
第一次，对SPC寄存器的RRST和XRST位写0，其余位写入所希望的配置。
第二次，对SPC寄存器的RRST和XRST位写1，其余位是所希望的配置，再一道重新写一次。
3.标准同步串口的操作过程
图1.3给出了串行口传送数据的一种连接方法。
在发送数据时，先将要发送的数写到DXR。
若XSR是空的（上一字已串行传送到DX引脚），则自动将DXR中的数据复制到XSR。
在FSX和CLKX的作用下，将XSR中的数据移到DX引脚输出。
当DXR中的数据复制到XSR后，就可以将另一个数据写到DXR。
在发送期间，DXR中的数据复制到XSR后，串行口控制寄存器（SPC）中的发送准备好（XRDY）位由0变为1，随后产生一个串行口发送中断（XINT）信号，通知CPU可以对DXR重新加载。
接收数据时，来自DR引脚的数据在FSR和CLKR的作用下，移位至RSR，然后复制到DRR，CPU从DRR中读出数据。
当RSR的数据复制到DRR后，SPC中的接收数据准备好（RRDY）位由0变为l，随后产生一个串行口接收中断（RINT）信号，通知CPU可以从DRR中读取数据。
由此可见，串行口是双缓冲的，发送和接收都是自动完成，用户只需检测RRDY或XRDY位来判断可否继续发送或接收数据。
当然，也可利用中断来完成。
图1.3串行口传送数据的一种连接
4．标准串口操作
下面以实例说明标准串口操作的步骤，操作以中断的方式完成。
串口的初始化：
●复位，并将0x0038写入SPC，初始化串口
●将0x00C0h写入IMR，清除任何挂起的串行接口中断。
●将0x00C0h和IMR求或逻辑运算，使能串行接口中断。
●清除ST1的INTM位，使能全局中断。
●将0x00F8h写入SPC，启动串行接口。
●将第一个数据写入DXR
串口中断服务程序：
●保存当前工作状态到堆栈中。
●读DRR或写DXR或同时操作，从DRR读出的数据写入存储器中，将要发送的数据从存储器中取出写入DXR。
●恢复现场
●用RETE从中断子程序返回。
1.3.2带缓冲的串行接口（BSP）
缓冲串行口在标准同步串行口的基础上增加了一个自动缓冲单元（ABU），并以CLKOUT频率计时。
它是全双工和双缓冲的，以提供灵活的数据串长度，如可使用8、10、12、16位连续通信流数据包，为发送和接收数据提供帧同步脉冲及一个可编程频率的串行时钟。
自动缓冲单元支持高速传送并能降低服务中断的开销。
1．缓冲串口的结构和特点
缓冲串行口（BSP）是一种增强型串行口。
ABU利用独立于CPU的专用总线，让串行口直接读／写C54x内部存储器。
这样可以使串行口处理事务的开销最省，并能达到较快的数据率。
BSP有两种工作方式：
非缓冲方式和自动缓冲方式。
当工作在非缓冲方式（即标准方式）时，BSP传送数据与标准串行口一样，都是在软件控制下经中断进行的；
当工作在自动缓冲方式时，串行口直接与C54x内部存储器进行16位数据传送。
ABU具有自身的循环寻址寄存器组，每个都与地址产生单元相关。
发送和接收缓冲存储器位于一个指定的C54xDSP内部存储器的2K字块中。
该块可作为通用的存储器，但却是惟一的自动缓冲能使用的存储块。
使用自动缓冲，字传输直接发生在串行接口部分和C54xDSP内部存储器之间。
在自动缓冲寻址时，使用ABU可以编程缓冲区的长度和起始地址，可以产生缓冲满中断，并可以在运行中停止缓冲功能。
2．缓冲串行口的控制寄存器
缓冲串行口共有6个寄存器：
数据接收寄存器BDRR、数据发送寄存器BDXR、控制寄存器BSPC、控制扩展寄存器BSPCE、数据接收移位寄存器BRSR、数据发送移位寄存器BXSR。
在标准模式时，BSP利用自身专用的数据发送寄存器、数据接收寄存器、串行口控制寄存器（BDXR、BDRR、BSPC）进行数据通信，也利用附加的控制扩展寄存器BSPCE处理它的增强功能和控制ABU。
BSP发送和接收移位寄存器（BXSR、BRSR）不能用软件直接存取，但具有双向缓冲能力。
如果没有使用串行口功能，BDXR、BDRR寄存器可以用作通用寄存器，此时BFSR设置为无效，以保证初始化可能的接收操作。
缓冲串行口在标准串行口的基础上新增了许多功能，如可编程串行口时钟、选择时钟和帧同步信号的正负极性，除了有串行口提供的8、16位数据转换外，还增加了10、12位字转换，允许设置忽略同步信号或不忽略。
这些特殊功能受控制扩展寄存器BSPCE控制，其各位的定义如表1.5。
表1.5控制扩展寄存器BSPCE
HALTR
自动缓冲接收停止位。
HALTR=0，当缓冲区接收到一半数据时，继续操作。
HALTR=1当缓冲区接收到一半数据时，自动缓冲停止。
此时BRE清零，串行口继续标准模式工作。
RH
指明接收缓冲区的哪一半已经填满，RH=0表示前半部分缓冲区被填满，当前接受的数据正存入后半部分缓冲区。
RH=1表示后半部分缓冲区被填满，当前接受的数据正存入前半部分缓冲区。
BRE
自动接收使能控制。
BRE=0自动接收禁止，串行口工作于标准模式。
BRE=1自动接收允许。
HALTX
自动发送禁止。
HALTX=0，当一半缓冲区发送完成后，自动缓冲继续工作。
HALTX=1，当一半缓冲区发送完成后，自动缓冲停止。
此时BRE清零，串行口继续工作于标准模式。
XH
发送缓冲禁止位。
XH=0缓冲区前半部分发送完成，当前发送数据取自缓冲区的后半部分。
XH=1缓冲区后半部分发送完成，当前发送数据取自缓冲区的前半部分。
BXE
自动发送使能位。
BXE=0禁止自动发送功能。
BXE=1允许自动发送功能。
PCM
脉冲编码模块模式。
PCM=0清除脉冲编码模式，PCM=1设置脉冲编码模式。
FIG
帧同步信号忽略。
在连续发送模式且具有外部帧同步信号，以及连续接收模式下有效。
FIG=0在第一个帧脉冲之后的帧同步脉冲重新启动时发送。
FIG=l忽略帧同步信号。
FE
扩展格式设置位
CLKP
时钟极性设置位。
用来设定接收和发送数据采样时间特性。
CLKP=0在BCLKR的下降沿接收采样数据，发送器在BCLRX的上升沿发送信号。
CLKP=l接收器在BCLKR的上升沿采样数据，发送在BCLKX下降沿发送数据。
FSP
帧同步极性设置位。
用来设定帧同步脉冲触发电平的高低。
FSP=0帧同步脉冲高电平激活。
FSP=1帧同步脉冲低电平激活。
0～4
CLKDV
内部发送时钟分频因数。
当BSPC的MCM=1，CLKX由片上的时钟源驱动，其频率为CLKOUT/（CLKDV+1），CLKDV的取值范围是0～31。
当CLKDV为奇数或0时，CLKX的占空比为50％；
当CLKDV为偶数时，其占空比依赖于CLKP；
CLKP=0时，占空比为（P+1）/P，CLKP=1时，占空比为P/（P+1）。
PCM位设置串行口工作于编码模式，只影响发送器。
BDXR到BXSR转换不受该位影响。
在PCM模式下，只有它的最高位（15）为0，BDXR才被发送，为1时，BDXR不发送。
BDXR发送期间BDX处于高阻态。
FIG位可以将16位传输格式以外的各种传输字长压缩打包，可用于外部帧同步信号的连续发送和接收。
初始化之后，当FIG=0时，如果帧同步信号发生，发送重新开始。
当FIG=l时，帧同步信号被忽略。
例如，设置FIG＝1，可在每8、10、12位产生帧同步信号的情况下实现连续16位的有效传输。
如果不用FIG，每一个低于16位的数据转换必须用16位格式，包括存储格式。
利用FIG可以节省缓冲内存。
FE位与BSPC中的FO位一起设定传输字的长度，如表1.6所示。
表1.6BSPC中的FO位与BSPCE中的FE位对字长的控制
字长度
16
3．缓冲串行口的操作过程
缓冲串行口有两种工作模式：
一是标准工作模式，二是缓冲工作模式。
（1）标准工作模式下的缓冲串口的操作
这种工作模式与标准串行口的工作模式基本相同，表1.7列出了缓冲串口在标准工作模式下与SP的区别。
表1.7标准串行口与缓冲串行口在标准模式下的区别
控制寄存器SPC
标准串行口SP
缓冲串行口BSP
RSRFULL=l
要求RSR满，且FSR出现，RSRFULL置位。
连续模式下，只需BSR满
只需RSR满，RSRFULL置位
溢出时RSR数据保护
溢出时BRSR内容丢失
溢出后连续模式下接收重新开始
只要DRR被读，接收重新开始
只有BDRR被读且BFSR到来，接收才重新开始
DRR中进行8、l0、12
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