ARM同步串行控制器SSC

1、AT91RM9200 理器同步串口 SSC 的特性分析与应用 2008-09-24 嵌入式在线 收藏 | 打印1 引言电信网和因特网是两大网络系统，必然存在两个网络数据或信息的互通问题，例如： VoIP 、混合视频会议等新业务。E1 接口和以太网接口分别是电信网和因特网使用最为普遍的接入端口，设计一个嵌入式网关设备，通过这两种端口将两大网络连接起来 就显得尤为迫切、重要。本文介绍的 AT91RM9200 处理器处理能力强、接口丰富，内部集成了同步串口和以太网接口，是嵌入式小型网关控 制器的理想选择。2 AT91RM9200 和 DS21554AT91RM9200 内部集成了一个 ARM920T

2、 ARM Thumb 处理器，在 180 MHz 时钟时运行速度高达 200 MI s ；内部有 16 KB 的数据 Cache 、16 KB 指令 Cache 、写缓冲区、全功能的 MMU( 存储器管理单元；片内带有调试通道的仿真器、16 KB 的 SRAM 和 128 KB 的ROM ，支持 SDRAM 、SRAM 、Burst Flash ，无缝连接 CompactFlashTM ， SmartMediaTM 和 NAND Flash ；增强型的时钟产生器和电源管 理控制器，包括周期性中断、看门狗和带有报警中断的实时时钟；带有8 个优先级、可单个屏蔽中断源、 7 个外部中断源和一个快速中

3、断源；122个可编程 IO引脚(多功能复用； 20通道 DMA(直接存储器存取控制器； 10 100 Base-T 型以太网控制器及介质无关接口 MII，全 速USB 2.0 接口(12 Mb s， 2主1从， 3个同步串行控制器 (SSC ，4个通用同步异步串口 (USART ，主机从机串行外设接口 (SPI ，两线 接口(TWI ，两个 3通道 16位定时计数器 (TC。超强的处理能力和丰富的接口使得该处理器广泛应用于各种嵌入式通信和控制系统中，尤其 是同步串口和以太网接口，使其可以作为网关设备核心处理器。电信网中数据以 TDM( 时分复用形式传输，采用 E1 帧结构，相应网络接口包括电气

4、接口和帧结构，符合 ITU-T 的 G.703 G.704 规范或 者国标 GB7611 。 DS21554 是一个符合该规范的 E1 成帧器集成电路，内部集成了线路接口和成帧器，其主要性能有：符合规范的完整 PCM30 32 E1 收发器：内含一个 64 KB缓冲器的 HDLC控制器； 8 bit并行控制器接口；提供随路信令 (CAS 、共路信令 (CCS和CRC4 帧 格式；回环测试功能； HDB3 编码的线路接口等。线路接口支持 75 同轴电缆或者 120 双绞线连接；背板接口可以根据需要在主、从模式 下工作，提供同步接收、发送数据信号 (RSER TSER ，收发帧定位信号 (RSYN

5、C TSSYNC ，收发时钟信号 (RSYSCLK TSYSCLK ；四个 DS21554 可以实现背板信号菊花链连接，提供8192 KB s 字节复用同步数据流。3 SSC 特性分析AT91RM9200 提供三个独立的同步串行控制器 (SSC 与外部器件进行同步通信。它支持音频和电信应用中常用的串行同步通信协议，如 I2S、短帧同步、长帧同步方式等。每个 SSC 包含独立的接收器、发送器以及一个时钟分频器。发送器接收器分别有三个信号引脚：数据TDRD 信号、时钟 TKRK信号及帧同步。 TFRF 信号，由于这些引脚与通用 I O引脚复用，初始化程序必须配置使其在SSC 模式下工作；每帧最多由

6、 16 个 32 位字组成，可编程设定为自动启动或在帧同步信号检测到不同事件时启动。 SSC 与内部两个 32 位专用外设数据直接存取控制器 PDC(Pe- ripheral DMA Controller 通道连接，可在没有处理器干涉的情况下进行连续的高速率数据传输。初始化程序配置使每帧为 16个16 位半字即 每帧 32 字节，与 E1帧对应；串口发送接收时钟由其工作模式决定，从模式时，TKRK 和 TF RF均为输入端子，由外部提供时钟和帧定位型号。主模式时， TKRK 和TF RF均为输出端子，对 E1成帧器提供时钟和帧定位信号，此时，时钟信号TKRK 来源非常灵活。内部发送时钟 TCL

7、K( 接收时钟 RCLK 来源非常灵活，可以来自处理器主时钟 MCK 经 SSC 分频后得到的分频时钟 D_CLK 、 TK 引脚 (RK 引脚或者 RCLK(TCLK ，如图 1 所示。处理器内部主时钟 MCK 通过初始化程序配置时钟选择器、预分频器和分频器得到MCK ，再经过 SSC分频器使得分频时钟 D_CLK 为2.048 Mb s，如图 2所示。主模式下帧定位信号 TFRF 也非常灵活，通过配置相关寄存器，可以使其为正 脉冲或者负脉冲，脉冲宽度可以调节，与发送接收信号的相位关系也可以灵活调整，能够与标准的 E1 成帧器背板信号直接连接。数据流中 可以发送或者接收一个特定标记数据(帧同

8、步数据，类似于 E1 帧结构中的帧同步数据。每帧起始位置可以通过寄存器设置，帧脉冲生效后，数据起始位置与时钟信号有关，主要有 4种模式：连续、 TKRK 上升或下降沿触发、 TKRK 高或低电平触发、 TKRK 电平变化或沿跳变 触发，如图 3 所示，接收起始模式与发送类似。发送数据或者接收数据帧格式由发送器帧模式寄存器 (SSC_TFMR 以及接收器帧模式寄存器 (SSC_RFMR 编程设定，可以分别设置的参 数有：启动数据传输条件； 帧脉冲前沿到第一个数据位的延时； 数据长度 (DATLEN ； 每帧传输的数据数 (DATNB ；帧同步数据寄存器长度 (FSLEN ；比特意义：高位或低位在

9、前 (MSBF 。上述设置可以配置 SSC 同步串口每帧长度最大为 512 位长，由于 E1 帧格式每帧固定长度 832 位 =256 位，因此，配置适当 SSC 相关 寄存器不仅可以保证 SSC 同步串口与 E1 接口时钟、帧脉冲、收发数据等时序一致，而且数据帧格式也能保持一致。专用外设数据直接存取控制器 PDC(PeripheralDMA Controller 用于 UART 、USART 、 SSC 、SPI 、 MC 等片上串行外设与片内、片外存 储器间传输数据。使用外设数据直接存取控制器能够提高数据传输能力，减轻处理器运行负担。这样显著降低了外设与存储器之间数据传输 所需的时钟周期数

10、，因此也提高了微控制器的性能，使处理器工作更有效。 PDC 通道是成对构建的，每对对应一个指定的外设。通道中一个 负责接收、另一个负责发送。 PDC 用户接口集成在每个外设存储空间中，它包括： 1 个 32 位存储器指针寄存器、 1 个 16 位传输计数寄存 器、1个32位寄存器(用作下个存储器指针、 1个16位寄存器 (用作下个传输计数。外设使用发送与接收信号触发 PDC 传输，在传输数据过程中，相应的外设产生一个传输结束中断请求结束本次传输。三个独立的 SSC 同步串口对应三对 PDC 。PDC 与 SSC 传输数据特性为：存储器到 SSC 的传输需一个主机时钟周期， SSC 到存储器间的

11、传输需两个主机时钟周期。配置 PDC 通道可以控制各个通道的数据传输， PDC 通道的用户接口集成在与其对应的 SSC 外设接口上 (偏移 0x100 。每个 SSC包含 4个32位指针寄存器 (RPR 、RNPR 、TPR及TNPR 与4个16位计数寄存器 (RCR 、RNCR 、TCR 及TNCR 。缓冲器的 大小(传输数据数量在内部 16 位传输计数寄存器中配置，可在任意时刻读取每个通道待传输数据的大小。通过定义存储器访问的首地址位 置，在 32 位存储器指针配置存储器基地址，可在任意时刻读取下一次传输的存储空间位置和待传输的数目。 PDC 有专门的状态寄存器指示 各通道传输是否使能，各

12、通道工作状态指示位于 SSC 状态寄存器中。设置 PDC 传输控制寄存器的 TXTEN TXTDIS 与 RXTEN RXTDIS 位可使能和 (或禁用传输，这些控制位使能时，可以安全读取指针及计数寄存器，在读取的过程中不会有危险。每个 PDC 通道有一个内部的 32 位存储器指针，每个存储器指针可指向存储空间的任意位置(片上存储器或外部总线接口存储器。根据传输类型的不同 (字节、半字或字，外设传输的存储器指针以1、2 或 4 增加。若 PDC 工作时对存储器指针重新编程，传输地址改变，在新地址执行 PDC 传输。每个 PDC 通道有一个内部 16 位传输计数器用来计算已传输块的大小。每次数据

13、传输完成后计数器减一。当计数器到零时，传输完成，PDC 停止传输数据。若下一个计数寄存器 (Next Counter Regis-ter 等于零， PDC 禁用触发并激活相关的外设结束标志。若 PDC 工作时修改 计数器值， PDC 使用新值开始计数。每个通道中，有两个状态位来标识传输结束，这些位直接映射到外设状态寄存器。当写入一个计数器寄 存器(计数器或下次计数器时，外设结束标志自动清零。当 SSC 接收到一个外部字符时，它向PDC 发送一个接收就绪信号， PDC 再向系统总线请求访问，当访问得到许可， PDC 开始读取外设接收保持寄存器 (RHR 并触发存储器写操作。每次传输后，相关 PD

14、C 存储器指针递增，而待传输数目递减。当达到存储器块大小时，向外 设发送一个信号并停止传输。对于发送数据传输，处理过程与上述相反。4 同步串口 SSC 的典型应用SSC 同步串口特性决定了 AT91RM9200 不仅可以用于工业控制领域，而且可以很方便地用于电信设备。它能够直接与 I2S 总线接口的 音频编解码器、符合电话接口的 PCM 编解码器连接，如图 4 所示。更主要的是，它可以提供三个独立接口，直接和电信应用中的 E1 接口连 接，高性能内核 ARM920T 可处理高速同步数据流。因此，借助于内部提供的10M 100Mb s以太网接口，将 AT91RM9200 作为 E1 与以太网转换

15、的网关核心处理器是一个理想的选择。在网关应用中， SSC 包含独立的接收器、发送器及时钟分频器。每个发送器及接收器分别有3个信号引脚：数据 TDRD 信号、时钟TKRK 信号及帧同步 TF RF 信号，可以直接与 E1 成帧器 DS21554 的背板对应信号连接。网关可以在主、从两种模式下工作，主模式 时， DS21554 不需要跟踪上级同步时钟；从模式时，跟踪上级同步时钟。前者，同步串口 SSC 不需要单独时钟电路，配置 AT91RM9200 SSC 寄存器，使 SSC 接口工作在主动模式，产生时钟和帧定位信号，提供给 DS21554 ，也可以直接将 TKTF 连接到 RCK RSY，同时断 开 RK RF 。若为后者，网关为一个电信系统中的终端，通过配置寄存器使SCC 接口工作在被动方式， TK TF RK RF 和 TCK TSS RSS RCK 一样，均为输入信号端子，提取接收时钟，通过锁相环同步后产生时钟和帧定位信号。不论哪种形式，配置时钟信号均为2 048kHz ，32 个时钟周期出现一个帧定位信号以满足E1帧格式，参考器件手册，可以通过调整 DS21554 和 AT91RM9200 寄存器设置，使得SSC 信号时序和 E1 成帧器背板信号时序匹配。根据实际需求，三个 SSC 同步串口可以同时连接三个 E1