基于SPI方式DSP外部E2PROM接口设计

0 引 言

近年来，随着DSP技术的普及、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被广大的工程师所接受，并越来越广泛地被应用于各个领域，例如：语音处理、图像处理、模式识别及工业控制等，并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。

在语音处理、图像处理、模式识别及工业控制中，少不了对必要的数据进行存储保护。如果存储在内外RAM之中，掉电数据就丢失，起不到保护数据的作用；存储在FLASH中，由于对FLASH进行数据写入时，要先进行擦除操作，然后才能整页的写入，如果每次写入的数据比较少，这样就要占据很大的CPU时间，操作比较麻烦。

针对这些缺点，根据多年的研发经验，结合实际，提出一种基于SPI方式的外部数据扩展方式。本文所用到的数据存储器是Xicor公司生产的带有块锁保护的4 Kb CMOS串行E2PROM X5043(接口符合SPI协议)。该器件利用Xicor专有的直接写入晶片，提供最小为10万次擦写和最少100年的数据保存期。数据写入之前不需要外部进行擦除操作，芯片本身自动完成。同时X5043还具有上电复位、看门狗定时器、电源电压监控四种常用的功能。这种组合不但降低了系统成本、减少了电路板空间，还增加了系统可靠性。

1 SPI协议

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4条信号线：串行数据输入信号线，(Master In Slave Out，MIS())；串行数据输出信号线(Master Out Slave In，MOSI)；移位时钟信号线(SCK)；从设备片选信号线(SS)。


2 VC5402的多通道缓存串行口(McBSP)

2．1 McBSP的功能特点

TMS320V5402是TI生产的第二代低功耗定点数字信号处理器，提供了两个高速、全双工、多通道缓存串行口，每个串行口可以支持128通道，速度达100 Mb／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还具有的其他特殊功能，本文所用到的有：

(1)串行字长度可选，包括8，12，16，20，24和32位可选。

(2)进行8位数据传输时，可以选择LSB或MSB为起始位；

(3)帧同步脉冲和时钟信号的极性可编程；

(4)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。

2．2 McBSP与X5043的接口设计

X5043的外部接口符号SPI协议规范。DIP封装的X5043有8个管脚组成，各个管脚功能如下所示：

CS：片选端，当CS为低时，X5043选中。在任何操作之前，需要先在CS上有一次由高至低的跳变；

SO：串行数据输出端，当读周期时，数据从该引脚移出；

SI：串行数据输入引脚，所要写入存储器的操作码，字节地址和数据都从该引脚输入；

WP：当WP为低时，向X5043的非易失性写被禁止，但器件其他功能正常，为高时，所用功能都正常；

SCK：串行时钟端。串行时钟控制串行总线数据输入和输出的时序。

McBSP的时钟停止模式与SPI协议兼容。当McBSP处于时钟停止模式时，发送器和接收器是内部同步的，因此可以将McBSP作为SPI主设备或从设备。当设置McBSP为主设备时，发送端输出信号DXR就作为SPI协议的MOSI信号，接收端输入信号DRR就作为SPI协议的MISO信号。发送帧同步脉冲信号FSX作为从设备片选信号SS，而发送时钟信号CLKX就与SPI协议的串行时钟信号SCK相对应。由于接收时钟信号CLKR和接收帧同步脉冲信号FSR与发送端的相应部分CLKX和FSX在内部相互连接，因此这些信号不用于时钟停止模式。该设计中McBSP作为主设备使用。X5043与McBSP的接口电路如图2所示。

3 软件设计

软件设计主要包括DSP相关寄存器的配置，X5043状态寄存器的配置，以及X5043的读写操作。

3．1 寄存器的配置

DSP端需要配置的寄存器主要包括CLKMD，SPCR[1，2]，XCR[1，2]，RCR[1，2]，SRGR[1，2]，PCR等。

其中CLKMD主要配置DSP的时钟；XCR[1，2]，RCR[1，2]主要配置接收和发送数据的帧的个数、帧长以及字长。根据对X5043操作的不同，发送和接收的字长也不同，但是针对某一种操作，接收和发送字长是一样的；SRGR[1，2]主要是对CLKGDV，CLKSM，FSGM三个位域的配置；SPCR[1，2]主要是对CLKSTP位域的配置，因为它决定了McBSP是采用时钟停止模式(SPI模式)还是正常模式；引脚控制寄存器(PCR)配置了各个引脚的工作状态。

值得注意的是在配置McBSP的寄存器之前，首先要使发送、接收和分频器复位，配置完SPCR[1，2]，XCR[1，2]，RCR[1，2]，PCR后，使分频器置位，等待两个时钟周期，在配置SRGR[1，2]，然后使发送和接收置位在等待两个时钟周期，这时才可以进行其他操作。