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基于DSP虚拟I2C总线软件包的设计分析
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2017-10-25
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数字信号处理器（DSP）在各领域中的应用已日趋广泛，其中TI（Texas Instrument）公司的TMS320系列芯片占据了主导地位。TMS320F206（简称F206）由于具有片内32K字的Flash，支持JTAG扫描端口的仿真调试，并支持程序的串行下载，便于开发设计及产品的软件升级，因而在中高档仪器开发中受到青睐。
DSP的处理速度虽然较高，但直接支持的I/O口线较少，控制能力相对较弱，因而与外部器件接口采用串行方式较为适合。常用的串行接口和串行总线有UART、I2C总线，由于I2C总线提供了较完善的总线协议，且接口电路简单，因而得到广泛的应用。目前，已有很多外围器件支持I2C接口，但多数MCU并不直接支持I2C总线，因而采用I/O口线模拟I2C的方式成为一种通用解决方案。但由于I2C总线协议的复杂性及操作管理的特殊性，仍给此类方式的开发造成了较大不便。好在文献中提出了一种按平台模式设计的、适用于80C51的虚拟I2C总线软件包，大大简化了80C51的I2C接口程序设计，使用户无需了解I2C总线协议的细节，即可实现相应的接口。文献中也给出了一种用于MSP430单片机的软件包。由于DSP尚无此类软件包，为简化DSP的此类I2C接口程序设计，本文参照文献中的设计原则，设计了一种适用于TMS320C2XX系列DSP开发的软件包。
1 虚拟I2C软件包的设计
根据文献中所提到的最佳包容性设计、后归一化设计、前归一化设计原则，软件包进行了如下定义。
（1）适用范围
① 适用主发送和主接收方式。I2C总线有4种工作方式：主发送、主接收、从发送、从接收。因实际DSP多工作于I2C总线的主方式，因而软件包设计为主方式。
② 适用TMS320C2XX系列与I2C总线外围器件的接口，支持对外围器件N字节的读写，通信方式为对虚拟节点寻址后点对点的读写。
③ 模拟I/O口线可选择4根通用I/O口线（I/O0~ I/O4）中的任意两根。
（2）软件包结构设计
TMS320C2XX系列产品，基本包括4根通用I/O口线I/O0~I/O4（由于XF仅能作为输入口线，BIO仅能作为输出口线，因而暂不考虑）。它们的输入输出方向由ASPCR的低4位来设定，相应口线状态的设定或读取由IOSR寄存器控制。但此处DSP与80C51有所不同，口线的输入输出状态不是自动切换的，且ASPCR、IOSR寄存器都不支持位寻址方式，因而在进行I2C总线工作方式模拟时较为繁琐。为避免所用寄存器其它状态位的改变，需通过较多的与、或操作来改变指定I/O口线的状态，因而本软件包与80C51的虚拟I2C软件包结构稍有不同。当然，这些均在软件包内部完成，使用者不必了解具体细节，用户接口同样简单易用。
① 软件包组成。为模拟I2C总线的操作时序，软件包中包括了2个宏定义和12个子函数。
（a）时序模拟子程序
Sendb--发送起始标志，启动I2C总线；senda--发送确认标志；
Sendna--发送非确认标志；Sende--发送结束标志。
（b）操作模拟子程序
geta--接收确认标志；sendd--发送8位数据；
getd--接收1个字节数据。
（c）数据读写子程序
wrnbyte--写入N字节；rdnbyte--读取N字节。
（d）其它宏及子函数
subsendd--根据标志位C设置模拟数据口线的状态；toggleclk--切换模拟时钟口线状态；
Xdelay--延时子程序；Sdainm--将模拟数据口线A配置为输入口线；
sdaoutm--将模拟数据口线配置为输出。
因DSP的工作频率一般远高于I2C总线的操作频率，因而这里需专用的延时子程序降低模拟时钟口线频率。本文所给出的源程序为F206采用40 MHz晶振时的情况，用户使用时可随实际情况调整延时时间。
② 软件包符号定义。软件包中包括如下符号定义：
VSDA、VSCL--分别定义了模拟数据口线和模拟时钟口线对应的屏蔽位，因DSP中对通用I/O口线的操作不能通过位操作来实现，因而仅能屏蔽位来定义，如采用IO3模拟数据线、IO2模拟时钟线，则可定义IO3为08h、IO2为04h；
RAM0--为数据暂存用的临时存储单元；
RIO--为用于保存I/O口线当前状态的存储单元；
SLA--用于保存总线上节点地址并确定传输方向的存储单元；
NUMBYTE--待发送或接收的字节数存储单元；
MTD--发送数据缓冲区；
MRD--接收数据缓冲区。
以上符号中RAM0、RIO、SLA、NUMBYTE为页内地址，与当前的页指针DP内容设置有关；MTD、MRD为绝对地址，与DP内容无关。
③ 资源占用。使用了辅助寄存器AR0、AR1、AR2、AR6、ACC、ASPCR、IOSR等资源。
④ 应用接口。软件包将wrnbyte、rdnbyte作为唯一的出口接口，用户仅需正确设置对应储存单元的内容，调用相应子函数即可：
splk ＃SLAR/ SLAW，SLA；写入传输节点地址及传输方向
splk ＃N，NUMBYTE ;写入待传输字节数
;若输出，设置输出缓冲区内容
call wrnbyte/rdnbyte
DSP的处理速度虽然较高，但直接支持的I/O口线较少，控制能力相对较弱，因而与外部器件接口采用串行方式较为适合。常用的串行接口和串行总线有UART、I2C总线，由于I2C总线提供了较完善的总线协议，且接口电路简单，因而得到广泛的应用。目前，已有很多外围器件支持I2C接口，但多数MCU并不直接支持I2C总线，因而采用I/O口线模拟I2C的方式成为一种通用解决方案。但由于I2C总线协议的复杂性及操作管理的特殊性，仍给此类方式的开发造成了较大不便。好在文献中提出了一种按平台模式设计的、适用于80C51的虚拟I2C总线软件包，大大简化了80C51的I2C接口程序设计，使用户无需了解I2C总线协议的细节，即可实现相应的接口。文献中也给出了一种用于MSP430单片机的软件包。由于DSP尚无此类软件包，为简化DSP的此类I2C接口程序设计，本文参照文献中的设计原则，设计了一种适用于TMS320C2XX系列DSP开发的软件包。
1 虚拟I2C软件包的设计
根据文献中所提到的最佳包容性设计、后归一化设计、前归一化设计原则，软件包进行了如下定义。
（1）适用范围
① 适用主发送和主接收方式。I2C总线有4种工作方式：主发送、主接收、从发送、从接收。因实际DSP多工作于I2C总线的主方式，因而软件包设计为主方式。
② 适用TMS320C2XX系列与I2C总线外围器件的接口，支持对外围器件N字节的读写，通信方式为对虚拟节点寻址后点对点的读写。
③ 模拟I/O口线可选择4根通用I/O口线（I/O0~ I/O4）中的任意两根。
（2）软件包结构设计
TMS320C2XX系列产品，基本包括4根通用I/O口线I/O0~I/O4（由于XF仅能作为输入口线，BIO仅能作为输出口线，因而暂不考虑）。它们的输入输出方向由ASPCR的低4位来设定，相应口线状态的设定或读取由IOSR寄存器控制。但此处DSP与80C51有所不同，口线的输入输出状态不是自动切换的，且ASPCR、IOSR寄存器都不支持位寻址方式，因而在进行I2C总线工作方式模拟时较为繁琐。为避免所用寄存器其它状态位的改变，需通过较多的与、或操作来改变指定I/O口线的状态，因而本软件包与80C51的虚拟I2C软件包结构稍有不同。当然，这些均在软件包内部完成，使用者不必了解具体细节，用户接口同样简单易用。
① 软件包组成。为模拟I2C总线的操作时序，软件包中包括了2个宏定义和12个子函数。
（a）时序模拟子程序
Sendb--发送起始标志，启动I2C总线；senda--发送确认标志；
Sendna--发送非确认标志；Sende--发送结束标志。
（b）操作模拟子程序
geta--接收确认标志；sendd--发送8位数据；
getd--接收1个字节数据。
（c）数据读写子程序
wrnbyte--写入N字节；rdnbyte--读取N字节。
（d）其它宏及子函数
subsendd--根据标志位C设置模拟数据口线的状态；toggleclk--切换模拟时钟口线状态；
Xdelay--延时子程序；Sdainm--将模拟数据口线A配置为输入口线；
sdaoutm--将模拟数据口线配置为输出。
因DSP的工作频率一般远高于I2C总线的操作频率，因而这里需专用的延时子程序降低模拟时钟口线频率。本文所给出的源程序为F206采用40 MHz晶振时的情况，用户使用时可随实际情况调整延时时间。
② 软件包符号定义。软件包中包括如下符号定义：
VSDA、VSCL--分别定义了模拟数据口线和模拟时钟口线对应的屏蔽位，因DSP中对通用I/O口线的操作不能通过位操作来实现，因而仅能屏蔽位来定义，如采用IO3模拟数据线、IO2模拟时钟线，则可定义IO3为08h、IO2为04h；
RAM0--为数据暂存用的临时存储单元；
RIO--为用于保存I/O口线当前状态的存储单元；
SLA--用于保存总线上节点地址并确定传输方向的存储单元；
NUMBYTE--待发送或接收的字节数存储单元；
MTD--发送数据缓冲区；
MRD--接收数据缓冲区。
以上符号中RAM0、RIO、SLA、NUMBYTE为页内地址，与当前的页指针DP内容设置有关；MTD、MRD为绝对地址，与DP内容无关。
③ 资源占用。使用了辅助寄存器AR0、AR1、AR2、AR6、ACC、ASPCR、IOSR等资源。
④ 应用接口。软件包将wrnbyte、rdnbyte作为唯一的出口接口，用户仅需正确设置对应储存单元的内容，调用相应子函数即可：
splk ＃SLAR/ SLAW，SLA；写入传输节点地址及传输方向
splk ＃N，NUMBYTE ;写入待传输字节数
;若输出，设置输出缓冲区内容
call wrnbyte/rdnbyte
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