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DSP的多通道缓冲串口在数据传输中的应用
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2017-10-27
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DSP芯片主要完成数字信号的采集、存储、处理与传输的任务。多通道缓冲串口（McBSP）是最重要的数据采集和传输设备之一，是一种典型的可配置外设，通过对其接口参数和数据格式的编程设定，可以实现对具有同步串行口的编码器等外部IC芯片的无缝连接。这里将以TMS32 0VC5502DSP和TLV1572模数转换器为例介绍DSP的多通道缓冲串口（McBSP）在数据传输中的应用。
1 硬件构成
1．1 TMSC320VC5502
DSP芯片采用TI公司的TMS 320 VC5502，它是一种高性能、低功耗、定点数字信号处理器，它主要有以下特点：
1）最高主频能够达到300 MHz，指令周期3．33ns。
2）包括1条32位的程序数据总线，5条16位的数据总线，6条24位的程序地址总线。这种并行的多总线结构，使CPU能够在一个CPU周期内完成一个32程序代码的读、3个16位数据的读和2个16位数据的写。5502还拥有2个乘法累加器，每个累加器都能够在一个周期内执行一个17x17 bit的乘法运算。
3）包含28kx16bit的片上ROM，包括64kBytes的DARAM（8块，每块4 kx16 bit），192 kBytes的SARAM（24块，每块4 kx16 bit）、64 kBytes的一等待片上ROM（32 kx16 bit）和最大可寻址8 Mx16 bit的外部存储空间。16位的外部存储器扩展接口可实现与异步存储器件（SRAM、EPROM）和同步存储器件（SDRAM）的无缝连接。
4）片上外设包含1个六通道的直接存储器访问控制器（DMA）、3个多通道缓冲串行口（McBSP）、1个可编程的数字锁相环时钟发生器、2个64 bit通用定时器、1个64 bit看门狗定时器、1个64 bit DSP／BIOS计数器、8 bit／16 bit主机接口（HPI）、7个通用输入输出口（GPIO）和1个外部标志输出引脚（XF）、1个内部集成电路模块（I2C）、1个通用异步接收／发送器（UART）、1个符合IEEEl941．1标准（JTAG）边界扫描逻辑的JTAG仿真接口。
1．2 McBSP（多通道缓冲串口）
TMS320VC5502 DSP提供了3个高速多通道同步缓冲串口（McBSP），使得TMS320VC5502DSP可以直接和其它C55xDSP、多媒体数字信号编解码器以及系统中的其它设备接口。该串口提供了全双工通信；双缓冲数据寄存器，允许传送连续的数据流；独立的收发时钟和帧信号：可与工业标准的编解码器、模拟接口芯片及其它串行A／D、D／A芯片直接连接；可用128个通道进行收发；具有可编程的采样率发生器；能够向CPU发送中断，向DMA控制器发送DMA事件；可设置帧同步脉冲和时钟信号的极性；传输的字长可以是8位、12位、16位、20位、24位或32位；可将McBSP引脚配置为通用输入输出引脚。McBSP结构框图如图1所示，可以分为数据通道和控制通道2部分。
数据发送引脚DX负责数据的发送，数据接收引脚DR负责数据的接收，发送时钟引脚CLKX、接收时钟引脚CLKR、发送帧同步引脚FSX和接收帧同步引脚FSR提供串行时钟和控制信号。CPU和DMA控制器通过外设总线与McBSP进行通信。当发送数据时，CPU和DMA将数据写入数据发送寄存器（DXR1，DXR2），接着复制到发送移位寄存器（XSR1，XSR2），通过发送移位寄存器输出至DX引脚。同样当接收数据时，DR引脚上接收到的数据先移位到接收移位寄存器（RSR1，RSR2），接着复制到接收缓冲寄存器（RBR1，RBR2），RBR再将数据复制到数据接收寄存器（DRR1，DRR2）中，并通知串口事件通知CPU或DMA读取数据。这种多级缓冲方式使得片内数据通信和串行数据通信能够同时进行。
1．3 TLV1572
A／D转换器用TI公司的10位高速串行逐次逼进型A／D转换器，采用5 V单电压供电，最高采样速率可达1．25 Msps，可与TMS320系列DSP通过McBSP（Multi-channel Buffered Serial Ports，多通道缓冲串口）实现无缝连接。TLV1572的采样速率最高可达1．25 Msps、10位分辨率、单电压供电是3～5V、低功耗（3 V时8 mW、5 V时25 mW）、自动节电功能（最大电流为10μA）、具有内部采样保持功能。TLV1572的功能模块图如图2所示。
TLV1572有2种工作模式，即DSP模式和微控制器模式，这2种工作模式是由它的P3（帧同步输入信号）的电平决定的，FS引脚连接电源VCC，一直为高电平，则TLV1572工作在微控制器工作模式下；如果TLV1572在DSP工作模式下，则FS引脚或者由TMS320 DSP的MCBSP的帧同步信号（FSR）提供，或者由系统外部引入。
1 硬件构成
1．1 TMSC320VC5502
DSP芯片采用TI公司的TMS 320 VC5502，它是一种高性能、低功耗、定点数字信号处理器，它主要有以下特点：
1）最高主频能够达到300 MHz，指令周期3．33ns。
2）包括1条32位的程序数据总线，5条16位的数据总线，6条24位的程序地址总线。这种并行的多总线结构，使CPU能够在一个CPU周期内完成一个32程序代码的读、3个16位数据的读和2个16位数据的写。5502还拥有2个乘法累加器，每个累加器都能够在一个周期内执行一个17x17 bit的乘法运算。
3）包含28kx16bit的片上ROM，包括64kBytes的DARAM（8块，每块4 kx16 bit），192 kBytes的SARAM（24块，每块4 kx16 bit）、64 kBytes的一等待片上ROM（32 kx16 bit）和最大可寻址8 Mx16 bit的外部存储空间。16位的外部存储器扩展接口可实现与异步存储器件（SRAM、EPROM）和同步存储器件（SDRAM）的无缝连接。
4）片上外设包含1个六通道的直接存储器访问控制器（DMA）、3个多通道缓冲串行口（McBSP）、1个可编程的数字锁相环时钟发生器、2个64 bit通用定时器、1个64 bit看门狗定时器、1个64 bit DSP／BIOS计数器、8 bit／16 bit主机接口（HPI）、7个通用输入输出口（GPIO）和1个外部标志输出引脚（XF）、1个内部集成电路模块（I2C）、1个通用异步接收／发送器（UART）、1个符合IEEEl941．1标准（JTAG）边界扫描逻辑的JTAG仿真接口。
1．2 McBSP（多通道缓冲串口）
TMS320VC5502 DSP提供了3个高速多通道同步缓冲串口（McBSP），使得TMS320VC5502DSP可以直接和其它C55xDSP、多媒体数字信号编解码器以及系统中的其它设备接口。该串口提供了全双工通信；双缓冲数据寄存器，允许传送连续的数据流；独立的收发时钟和帧信号：可与工业标准的编解码器、模拟接口芯片及其它串行A／D、D／A芯片直接连接；可用128个通道进行收发；具有可编程的采样率发生器；能够向CPU发送中断，向DMA控制器发送DMA事件；可设置帧同步脉冲和时钟信号的极性；传输的字长可以是8位、12位、16位、20位、24位或32位；可将McBSP引脚配置为通用输入输出引脚。McBSP结构框图如图1所示，可以分为数据通道和控制通道2部分。
数据发送引脚DX负责数据的发送，数据接收引脚DR负责数据的接收，发送时钟引脚CLKX、接收时钟引脚CLKR、发送帧同步引脚FSX和接收帧同步引脚FSR提供串行时钟和控制信号。CPU和DMA控制器通过外设总线与McBSP进行通信。当发送数据时，CPU和DMA将数据写入数据发送寄存器（DXR1，DXR2），接着复制到发送移位寄存器（XSR1，XSR2），通过发送移位寄存器输出至DX引脚。同样当接收数据时，DR引脚上接收到的数据先移位到接收移位寄存器（RSR1，RSR2），接着复制到接收缓冲寄存器（RBR1，RBR2），RBR再将数据复制到数据接收寄存器（DRR1，DRR2）中，并通知串口事件通知CPU或DMA读取数据。这种多级缓冲方式使得片内数据通信和串行数据通信能够同时进行。
1．3 TLV1572
A／D转换器用TI公司的10位高速串行逐次逼进型A／D转换器，采用5 V单电压供电，最高采样速率可达1．25 Msps，可与TMS320系列DSP通过McBSP（Multi-channel Buffered Serial Ports，多通道缓冲串口）实现无缝连接。TLV1572的采样速率最高可达1．25 Msps、10位分辨率、单电压供电是3～5V、低功耗（3 V时8 mW、5 V时25 mW）、自动节电功能（最大电流为10μA）、具有内部采样保持功能。TLV1572的功能模块图如图2所示。
TLV1572有2种工作模式，即DSP模式和微控制器模式，这2种工作模式是由它的P3（帧同步输入信号）的电平决定的，FS引脚连接电源VCC，一直为高电平，则TLV1572工作在微控制器工作模式下；如果TLV1572在DSP工作模式下，则FS引脚或者由TMS320 DSP的MCBSP的帧同步信号（FSR）提供，或者由系统外部引入。
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