轻松学会DSP 多通道缓冲串口【优质材料】

1、DSP增强型外设 多通道缓冲串口McBSP 直接存储器访问DMA 主机接口HPI,1,专业资料,2,专业资料,一、McBSP概述,McBSP设计是基于TMS320C2X、C20X、C5X、C54X的标准串口上扩展的，McBSP提供： 全速双工通信 双缓存发送和三缓存接收数据寄存器，以支持连 续传送 收和发使用独立的帧和比特时钟 接口和与串行ADC/DAC的接口 外部变速时钟发生器，内部可编程时钟发生器,1、McBSP的基本特点,3,专业资料,直接多种工业格式接口 多通道收发，通道数达128 字宽可选： 8, 12, 16, 20, 24, and 32 bits U-Law and A-Law

2、 压缩与扩展 8位传输时可选先传： LSB or MSB 帧信号与时钟信号极性可编程,4,专业资料,2、 McBSP的结构,TMS320C54xx多通道缓冲串口（McBSP）由引脚、接收发送部分、时钟及帧同步信号产生、多通道选择以及CPU中断信号和DMA同步信号组成，如图所示,5,专业资料,表 McBSP引脚说明,6,专业资料,表 McBSP内部信号说明,7,专业资料,3、 McBSP的工作流程,McBSP与外设进行数据传输是通过（DX）脚来发送，（RX）脚来接收，通信的时钟与帧信号是由CLKX, CLKR, FSX, and FSR脚来控制。 DSP的CPU或DMA从数据接收寄存器（DRR1

3、，2）读取接收数据，发送时向数据发送寄存器(DXR1,2)写数据,8,专业资料,数据写入(DXR1,2)后通过传输移位寄存器(XSR1,2) 移位输出到DX上，同样，从DR上接收的数据移位存储到接收移位寄存器(RSR1,2) 并拷贝到接收缓存寄存器(RBR1,2) ，然后，再由(RBR1,2)拷贝到DRR1,2，DRR1,2就可以由CPU或DMA来读出。多级寄存器允许在通信时内部和外部数据同时传输。 C54XX对McBSP的控制由16位的控制寄存器实现,9,专业资料,二、 McBSP的配置,1、 McBSP控制寄存器,表 McBSP控制寄存器及其映射地址,10,专业资料,寄存器类型 通用控制寄

4、存器：SPCR1,2,PCR 接收和发送通道寄存器：RCR1X,RCR2X,XCR1X,XCR2X 时钟控制寄存器：SRGR1X,SRGR2X 多通道控制寄存器：MCR1X,MCR2X,11,专业资料,2、串口控制寄存器1（SPCR1,12,专业资料,SPCR1设置McBSP串口的数字环回模式、 接收符号扩展和校验模式、Clock Stop模式、DX是否允许、A-bis 模式、接收中断模式等，并给出接收同步错误、接收移位寄存器(RSR1,2)空、接收准备好等状态。此外可以进行接收复位,13,专业资料,3、串口控制寄存器2（SPCR2,14,专业资料,SPCR2设置McBSP自由运行模式、SOF

5、T 模式、发送中断模式，并给出发送同步错误、发送移位寄存器(XSR1,2)空、发送准备好等状态。此外可以进行发送复位、采样率发生器复位、帧同步发生电路复位,15,专业资料,4、引脚控制寄存器（PCR,16,专业资料,17,专业资料,PCR设置McBSP传输帧同步模式、接收帧同步模式、发送时钟模式、接收时钟模式、发送帧同步信号的极性、接收帧同步信号的极性、发送时钟极性、接收时钟极性，并给出CLKS、DX、DR脚的状态。此外PCR还定义发送和接收部分在复位时相应引脚是否配置为通用 I/O,18,专业资料,5、接收控制寄存器1（RCR1,RCR1设置McBSP接收时第一相的接收帧长度（从1个字到12

6、8个字、接收字长度（8、12、16、20、24、32bits,19,专业资料,6、接收控制寄存器2（RCR2,RCR2设置McBSP接收时是否允许第二相（RPHASE=1）。如果允许，设置McBSP接收时第二相的接收帧长度（从1个字到128个字、接收字长度（8、12、16、20、24、32bits）。此外， RCR2设置McBSP接收时的接收压缩模式、接收同步帧忽略模式、接收数据延迟,20,专业资料,7、发送控制寄存器1（XCR1,XCR1设置McBSP发送时第一相（FIRST PHASE）的发送帧长度（从1个字到128个字、发送字长度（8、12、16、20、24、32bits,21,专业资料

7、,8、发送控制寄存器2（XCR2,XCR2设置McBSP发送时是否允许第二相（XPHASE=1）。如果允许，设置McBSP时第二相的发送帧长度（从1个字到128个字、发送字长度（8、12、16、20、24、32bits）。此外， XCR2设置McBSP发送时的发送压缩模式、发送同步帧忽略模式、发送数据延迟,22,专业资料,三、时钟和帧同步,1、系统框图,23,专业资料,串口工作需要帧同步和比特时钟信号，这两个信号的来源可以是外部管脚输入，也可以是内部采样率生成器产生，对于后者，此时管脚可能是一个时钟输出管脚,24,专业资料,2、工作帧同步和工作比特时钟,真正用于发生和接收的帧同步和比特时钟我们

8、叫做internal CLKR，internal FSR，internal CLKX，internal FSX。 这些信号同数据关系满足如图要求 1）比特时钟上升沿对齐帧同步，下降 沿采样帧同步 2）帧同步高电平有效，长度无所谓 3）比特时钟上升沿对齐数据，下降沿采样数据,25,专业资料,26,专业资料,3、工作帧同步和比特时钟来源,对于发送通道，可以是外部管脚，也可以是内部采样率生成器 对于接收通道，可以是外部管脚，也可以是内部采样率生成器，工作在DLB模式时，则来源于发送通道工作帧同步和工作时钟,27,专业资料,4、采样率生成器,采样率发生器由三级时钟分频组成，产生可编程的CLKG（数据位

9、时钟）信号和FSG（帧同步时钟）信号。CLKG和FSG是McBSP的内部 信号，用于驱动接收/发送时钟信号（CLKR/X）和帧同步信号（FSR/X）。采样率发生器时钟既可以由内部的CPU时钟驱动（CLKSM=1），也可以由外部时钟源驱动（CLKSM=0,采样率发生器框图,28,专业资料,采样率发生器的三级分频分别是： 数据位时钟分频(CLKGDV) 帧周期分频(FPER) 帧脉冲宽度分频(FWID） 采样率发生器的工作模式由采样率发生器控制寄存器SRGR1和SRGR2控制,29,专业资料,采样率发生器控制寄存器（SRGR1,采样率发生器寄存器1设置帧正脉冲宽度（必须小于WDLEN指出的字的长度

10、）和数据位时钟分频（ CLKG与输入CLK频率之比，约定值为1,30,专业资料,采样率发生器控制寄存器（SRGR2,采样率发生器寄存器2设置采样率发生器时钟同步模式、CLKS的极性、采样率发生器输入时钟选择、帧周期分频,31,专业资料,采样率发生器复位,设备复位或置/GRST为零可以复位采样率发生器。 设备复位使采样率发生器复位时，CLKG等于CPU-CLK/2，而FSG为无效低电平。当/RS放开（延迟）/GRST放开后，CLKG按SRGR1编程产生；如果，/FRST也放开，则经过FPER个CLKG，FSG为有效高电平。 置/GRST为零复位采样率发生器，CLKG和FSG都将是无效低电平,32

11、,专业资料,采样率生成器复位过程,33,专业资料,5、帧和时钟极性操作,34,专业资料,用于控制接收和发送的帧同步和时钟有内部的概念，就是真实的工作帧同步和时钟。 数据在工作时钟的上升沿产生，下降延采样。 工作帧同步是高电平有效，其上升沿同工作比特时钟上升沿对齐。 工作帧同步和时钟来源可以是外部管脚FSR/X和CLKX/R得到，也可以是采样率生成器得到,35,专业资料,外部引脚产生工作帧同步和时钟可能会有极性问题。这时，通过CLK(R/X)P，PFS(R/X)P来调整，使之满足工作帧同步和时钟的极性要求。 采样率生成器产生的工作帧同步和时钟肯定是满足极性要求的，即：数据在工作时钟的上升沿产生，

12、下降沿采样，工作帧同步是高电平有效,36,专业资料,使用管脚CLKS作为采样率生成器的时钟输入而不是CPU时钟时，存在极性和同步问题，通过CLKSP选择是在CLKS上升沿还是下降沿产生CLKG和FSG。 当GSYNC=1，FSG由外部管脚FSR触发，FPER没有作用，而且CLKG要重新与FSG同步，即FSG上升沿时保持高电平,37,专业资料,6、数据时钟生成,38,专业资料,CLK(R/X)M=0，外部管脚CLK(R/X)作为工作数据时钟，通过CLK(R/X)P控制极性； CLK(R/X)M=1，内部采样率生成器产生工作数据时钟。采样率生成器的输入时钟可以是CPU时钟，也可以是CLKS管脚，由

13、CLKSM控制。当是后者，CLKSP控制器极性； 内部采样率生成器产生工作数据时钟，通过CLKGDV分频采样率生成器输入时钟得到,39,专业资料,7、帧同步信号生成,40,专业资料,如果是由采样率生成器产生发送和接收帧同步，首先考虑采样率生成器的输入时钟是CPU还是CLKS管脚。这个同数据时钟是一致的，由FS(R/X)M=1和CLKSM决定。 当由采样率生成器产生帧同步，FPER和FWID控制帧同步的周期和有效宽度（高电平宽度），大小为设定值加1。 FWID不能大于WDLEN,41,专业资料,例子：FPER=15，FWID1,42,专业资料,FS(R/X)M=0，帧同步由外部输入管脚产生，可以

14、通过FS(R/X)P控制极性； FS(R/X)M=1，帧同步由内部产生。对于接收帧同步，内部产生只能是采样率生成器，但对于发送帧同步，内部产生除了采样率生成器，还可以是DXR1,2-TO-XSR1,2产生,43,专业资料,发送帧同步信号生成,课本Page 330 表6.414,44,专业资料,接收帧同步信号生成,45,专业资料,8、DLB,数据从XSR1直接进入RSR1，而且不通过外部DX和DR管脚 通过寄存器SPCR1中的DLB比特控制,46,专业资料,DLB与时钟,DLB时，在DSP内部，DR，FSR，CLKR 同DX，FSX，CLKX是短接在一起的。 发送数据时钟决定接收数据时钟，而发送

15、数据时钟控制方法如前页所述。 发送数据时钟确定后，接收数据时钟选择情况,47,专业资料,DLB与帧同步,首先我们确定发送帧同步，确定方法如前所述。 然后由发送帧同步确定接收帧同步,48,专业资料,9、帧配置,FSR，FSX，CLKX，CLKR的极性 单相还是多相帧结构 对每一相，设置字数（每帧该相有多少字） 对每一相，设置字宽（字的比特位数） 设置相对帧脉冲，第一位传输数据的延迟为0、1、2位（CLKG,49,专业资料,设置连续帧同步工作模式，还是除第一个帧脉冲后忽略帧同步脉冲工作模式 对串口接收，设置左或右效验和符号扩展或0填充模式 如果采用内部采样率发生器产生帧脉冲信号，设置帧信号脉宽、周

16、期、CLKG时钟分频、信号极性等,50,专业资料,帧格式,51,专业资料,帧格式,52,专业资料,10、数据延时,定义从帧同步信号有效到第一个数据产生的时延，通常取1,53,专业资料,11、DX脚延时使能,本来是CLKX上升沿数据开始，但DX延时使能条件下，数据可以有一定延时后才开始。在一般模式下，只有第一个BIT可以有延时，在A-bis模式下，则是每个比特都可以,54,专业资料,四、多通道模式,目的是提高传输数据量,1、多通道工作模式的控制寄存器,1)、多通道控制寄存器1（MCR1,MCR1设置McBSP在多通道工作模式时的接收PART-B的块结构、接收PART-A的块结构、当前可接收块、接

17、收多通道选择,55,专业资料,2）、多通道控制寄存器2（MCR2）说明,MCR2设置McBSP在多通道工作模式时的发送PART-A块结构、发送PART-B块结构、当前发送块、发送多通道选择,3）、接收、发送通道使能寄存器说明（图中各位：置1-使能，置0-不允许,56,专业资料,57,专业资料,2、多通道工作模式设置 设置(R/X)PHASE = 0选择单相工作模式 设置FRLEN1 = ？选择帧长（字数，也是多通道工作模式下的通道数，最多可达128） 设置字长WDLEN1 = ？（每通道传输多少bits） 如果是单通道连续工作，置RMCM=0X和MCM=0 如果是多通道工作，设置RP（A/B）

18、BLK，XP（A/B）BLK，RCER（A/B）、XCER（A/B），并置RMCM=1、XMCM位非0,58,专业资料,五、工作流程,控制McBSP系统工作模式的寄存器包括SPCR1，SPCR2，PCR 控制接收和发送数据具体工作模式的寄存器是RCR1，RCR2，XCR1，XCR2 多同道工作模式涉及寄存器MCR1，MCR2，RCERA，RCERB，XCERA，XCERB,59,专业资料,1、McBSP串口的复位,两种复位方式： 1）设备复位（/RS=0）： 即整个串口复位。此时，/RRST和/XRST为零，DR、CLKR/X、FSR/X为输入信号，DX为输出信号，输出高阻。同时/GRST也为

19、零，CLKG=CPU时钟/2，不产生FSG信号。/RS放开后，/RRST、/XRST、/GRST、/FRST仍为零，此时，McBSP配置寄存器赋值，复位进入McBSP复位状态,60,专业资料,2）从McBSP复位 McBSP串口发送器和接收器可以分别复位（/RRST=0、/XRST=0、/FRST=0）。不论是接收还是发送的复位，相应部分将停止串口操作，而相应引脚当作I/O脚使用，由PCR的XIOEN、RIOEN决定。 串口初始化过程见P.327,61,专业资料,2、McBSP的准备好状态,1）接受准备好 串口复位时RRDY清为0，当RBR1,2内容拷贝到DRR1,2时，RRDY有效，该数据可

20、以被CPU or DMA读，一旦CPU or DMA读走数据RRDY又清为0。如果SPCR1中的RINTM = 00，RRDY将驱动McBSP的接收中断(RINT)给CPU,62,专业资料,2）发送准备好 XRDY = 1说明DXR1,2的数据已拷贝到XSR1,2中，DXR1,2可以装入新的数据。串口复位放开时（/XRST从0到1)，XRDY从0变到1已说明DXR1,2可以装入新数据，一旦有新数据装入，XRDY就清为0。如果SPCR2中XINTM = 00，XRDY 还直接驱动发送中断(XINT) 给CPU,63,专业资料,3、 串口产生的中断,R/X)INTM=00：每传送一个字，(R/X)

21、RDY 响应一次，就产生响应串口中断一次。 (R/X)INTM=01：在多通道模式中，一个帧内出现16通道的块（PARTITION）边界就产生中断。此时CPU可以检测是哪个PARTITION。 (R/X)INTM=10:检测到帧同步脉冲就产生(R/X)INT。 (R/X)INTM=11:当出现帧同步错误时产生中断,64,专业资料,4、帧和时钟配置,帧配置； 接收时钟选择； 发送时钟选择； 接收帧同步选择； 发送帧同步选择,65,专业资料,备注 IO工作方式,满足两个条件工作在IO口模式 1）管脚在复位状态 2）通用IO使能比特设为有效 而具体每个管脚是输入还是输出，其高低电平如何读写见下表,6

22、6,专业资料,67,专业资料,五、编程举例,下面给出一个McBSP串口实验程序 这是一个串口自测试程序，除检验串口的功能外， 该程序还利用串口完成数据的内部压缩，通过设置 XCOMPAND或RCOMPAND之一可以实现内部数据A-law 或u-law的压缩和解压 程序的流程是： 修改中断向量表 初始化McBSP串口 设置BLD=1，即支持数字回环方式 设置RCOMPAND=10，即采用u-law扩展 ar3指向发送数据缓冲区 ar4指向接收数据缓冲区，初始化将接收数据缓冲 区全部清为0 编写接收与发送中断程序,68,专业资料,详细程序及说明,This is McBSP test program

23、. The work-mode of McBSP Series: ; BLD=1 (Digital loop back mode enabled) ; RCOMPAND=10 or 11 (u-law/A-law Expand: 8bits - 16bits) ; (R/X)INTM=00 (generate an interrupt every word traxsmitted) ; ar3 - Transmit data buffer(buffer_1) ; ar4 - receive data buffer(buffer_2) ; The program is applicable fo

24、r VC5409 ; Designed by liyubai ; Modifing 1.0 Time 2001,6,28 .title Test McBSP Program .mmregs .global mainstart .global interrupt_vector drr11.set 41h;McBSP1 receive data register dxr11.set 43h;McBSP1 transmit data register spsa1.set 48h;McBSP1 sub_bank address register,69,专业资料,spcd1.set 49h;McBSP1

25、 sub_bank data register .bss stack_memory,500 .bss buffer_1,1000 .bss buffer_2,1000 interrupt_vector:;interrupt vector table .text rsb mainstart nop nop nmi b _ret .word 0,0 sint17 b _ret .word 0,0 sint18 b _ret .word 0,0 sint19 b _ret .word 0,0 sint20 b _ret .word 0,0,70,专业资料,sint21 b _ret .word 0,

26、0 sint22 b _ret .word 0,0 sint23 b _ret .word 0,0 sint24 b _ret .word 0,0 sint25 b _ret .word 0,0 sint26 b _ret .word 0,0 sint27 b _ret .word 0,0 sint28 b _ret .word 0,0 sint29 b _ret .word 0,0 sint30 b _ret .word 0,0,int0 b _ret .word 0,0 int1 b _ret .word 0,0 int2 b _ret .word 0,0 tint b _ret .wor

27、d 0,0 brint0 b _ret .word 0,0 bxint0 b _ret .word 0,0 dmac0 b _ret .word 0,0 dmac1 b _ret .word 0,0 int3 b _ret .word 0,0 hpint b _ret .word 0,0,71,专业资料,brint1 b McBSP1_receive_int nop nop bxint1 b McBSP1_transmit_int nop nop q28 .word 0,0,0,0 q29 .word 0,0,0,0 q30 .word 0,0,0,0 q31 .word 0,0,0,0 ma

28、instart: ssbx intm;close all interrupt stm #0ffffh,ifr;cleare all interrupt_flag stm #0,clkmd;switch to DIV mode ts: ldm clkmd,a and #01b,a bc ts,aneq stm #5207h,clkmd;clkout=clkin X 6 rpt #100 ;waits enough clocks,72,专业资料,nop stm #stack_memory,sp ;sp = stack_memory stm #0ff80h,pmst ;vector table st

29、art: 0 xff80 stm #3610h,swwsr;I/O wait: 3clks, data_0 x8000-;0 xffff wait:3clks ;program_0 x8000-0 xffff ;wait:2clks call Clear_McBSP1_receive_buf call McBSP1_initializing rpt #0ffh nop stm #buffer_1,ar3 stm #buffer_2,ar4 ld #799,b;pre_put numberS of McBSP interrupt stm #1800h,imr;enable RINT1,XINT1

30、 rsbx intm;enable all int wait_McBSP_int: nop,73,专业资料,nop bc _ret,beq nop nop b wait_McBSP_int nop _ret:nop rete McBSP1_initializing: stm #0,spsa1;choose SPCR11 stm #08000h,spcd1;1000000000000000 = SPCR11. ;DLB(15)=1(Digital loop back moden enabled) ;RJUST(14-13)=00;CLKSTP(12-11)=00 ;RES(10-8)=000,D

31、XENA(7)=0,ABIS(6)=0 ;RINTM(5-4)=00,RSYNCERR(3)=0,RFULL(2)=0 ;RRDY(1)=0,RRST(0)=0 stm #1,spsa1;choose spcr21,74,专业资料,stm #0h,spcd1;0000000000000000 = SPCR21. ;RES(15-10)=000000,FREE(9)=0,SOFT(8)=0 ;FRST(7)=0,GRST(6)=0,XINT(5-4)=00,XSYNCERR(3)=0 ;XFULL(2)=0,XRDY(1)=0,XRST(0)=0 stm #2,spsa1;choose RCR1

32、1 stm #0,spcd1;0000000000000000 = RCR11. ;RES(15)=0,RFRLEN1(14-8)=000 0000 ;RWDLEN1(7-5)=000,RES(4-0)=0 0000 stm #3,spsa1;choose RCR21 stm #10H,spcd1;0000000000010000 = RCR21. ;RPHASE(15)=0,RFRLEN2(14-8)=000 0000 ;RWDLEN2(7-5)=000,RCOMPAND(4-3)=10(u-law EXPAND) ;RFIG(2)=0,RDATDLY(1-0)=00 stm #4,spsa1;choose XCR11 stm #0,spcd1;0000000000000000 = XCR11. ;RES(15)=0,XFRLEN1(14-8)=000 0000 ;XWDLEN1(7-5)=000,RES(4-0)=0 0000 stm #5,spsa1;choose XCR21 stm #0,spcd1;0000000000000000 = XCR21. ;XPHASE(15)=0,XFRLEN2(14-8)=000 0000,75,专业资料,XWDLEN2(7-5)=000,XCOMPAND(4-3)=00(No compand) ;XF