详解TMS320VC5410的McBSP串行接口技术与程序设计

一、DSP的串行接口技术

DSP是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。

如今，嵌入式系统正迅速向低功耗、低成本、小体积、高性能、高速率方向发展。随着串行接口技术的不断成熟，逐步达到了以上设计要求，成为重要的接口方案。尤其在数字信号处理器方面，串行口的重要性体现得更加突出，几乎所有的数字信号处理器都提供了一个或多个串行接口，并且随着数字信号处理器的更新换代，其相应的串行接口，在功能上不断强化，性能上不断提升。

与并行接口相比，串行接口的最大优点就是减少了DSP的引脚数目，降低了接口设计的复杂性。通常，串行接口提供全双工同步操作，输入和输出数据以位为单位的串行方式进行处理。目前，世界各主要半导体制造商提交了许多不同的串行协议，其中一些已经成为工业标准。典型的串行协议包括：MOTOROLA（Austin,TX）的串行外围设备接口SPI和队列SPI（QSPI）、PHILIPS（Sunnyvale，CA）、National Semiconductor的微总线（microwire）。

图1是典型的SPI协议。SPI协议采用主从设置，相互连接的设备中一个作为主设备，其他的设备作为从设备。接口连线主要包括以下4条信号线：

（1）串行数据输入信号线，即MISO（Master InSlave Out）；

（2）串行数据输出信号线，即MOSI（Master Out-Slave In）；

（3）移位时钟信号线，即SCK；

（4）从设备片选信号线，即SS。

二、TMS320VC5410的多通道缓存串行口--McBSP

1.McBSP的功能特点

TMS320V5410是TI生产的第二代低功耗TMS320C5000系列定点数字信号处理器，提供了3个高速、全双工、多通道缓存串行口McBSP，每个串行口可以支持128通道，速度达100Mbit/s。McBSP是在标准串行接口的基础之上对功能进行扩展，因此，具有与标准串行接口相同的基本功能：

（1）全双工通信；

（2）拥有两级缓冲发送和三级缓冲接收数据寄存器，允许连续数据流传输；

（3）为数据发送和接收提供独立的帧同步脉冲和时钟信号；

（4）能够与工业标准的解码器、模拟接口芯片（AICs）和其他串行A/D和D/A设备直接连接；

（5）支持外部移位时钟或内部频率可编程移位时钟。

此外，McBSP还具有以下特殊功能：

（1）可以与IOM-2、SPI、AC97等兼容设备直接连接；

（2）支持多通道发送和接收，每个串行口最多支持128通道；

（3）串行字长度可选，包括8、12、16、20、24和32位；

（4）支持μ-Law和A-Law数据压缩扩展；

（5）进行8位数据传输时，可以选择LSB或MSB为起始位；

（6）帧同步脉冲和时钟信号的极性可编程；

（7）内部时钟和帧同步脉冲的产生可编程，具有相当大的灵活性。

2.McBSP寄存器的访问

TMS320VC5410包含3组多通道缓存串行口，每组多通道缓存串行口有23个寄存器与之相关，除RBR[1,2]、RSR[1,2]、XSR[1,2]之外，其中15个寄存器是可寻址寄存器。由于数据页0的存储空间限制，有些寄存器必须通过子地址寻址方式来访问。SPSA_x是子地址寄存器，欲访问指定的寄存器，只要把相应的子地址写入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

假如要对McBSP1的发送控制寄存器2（XCR2_1）进行设置。首先，将子地址0x0005写入子地址寄存器（SPSA_1），与此同时，存储单元0x0049就映射为发送控制寄存器2（XCR2_1）。然后，对存储单元0x0049的读写操作，就相当于对发送控制寄存器2（XCR2_1）进行操作。

例：设置McBSP1的发送控制寄存器2（XCR2_1）。

3.McBST的SPI接口设计

McBSP的时钟停止模式与SPI协议兼容。当设置McBSP为主设备时，发送端输出信号（BDX）就作为SPI协议的MOSI信号，接收端输入信号（BDR）就作为SPI协议的MISO信号。发送帧同步脉冲信号（BFSX）作为从设备片选信号（SS），而发送时钟信号（BCLKX）就与SPI协议的串行时钟信号（SCK）相对应。由于接收时钟信号（BCLKR）和接收帧同步脉冲信号（BFSR）与发送端的相应部分在内部相互连接，因此这些信号不用于时钟停止模式。McBSP设置为主设备时，SPI协议连接如图2所示。

三、McBSP接口举例

1.高精度数模转换器MAX541

MAX541是16位串行输入、电压输出数模转换器，+5V单电源供电。DAC输出非缓冲，因此只有0.3mA的低供电