AT91RM9200理器同步串口SSC的特性分析与应用精

1、AT91RM920理器同步串口 SSC的特性分析与应用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：Vol P、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AT91RM920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 AT91RM920（和 DS21554122 个可AT91RM920内部集成了一个 ARM920ARM Thum处理器，在 180 MHz时 钟时运行速度

2、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 SRAIM口 128 KB 的 ROM 支持 SDRAMSRAM 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断源；编程I /O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

3、型以太网控制器及介质无关接口 Mil，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

4、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 PCM3/32 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 Q同轴电缆或者120 Q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(RSYNC /TSSYNC)收发时钟信号(RSYSCL/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

5、SSC 特性分析AT91RM920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 TD/RD信号、时钟TK7RK信号及帧同步。TF/ RF信号，由于这些引脚与通用I /0引脚复用，初始化程序必须配置使其在SSCTKZRK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 TKZRK和TFZRF均为输出端子，对E1成帧器提供时钟和帧定位信号，此 时钟信号TKZRK来源非常灵活。模式下工作；每

6、帧最多由 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， 时， 时，内部发送时钟TCLK接收时钟RCLK来源非常灵活，可以来自处理器主时钟 MCK 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

7、部主时钟 MCK1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TF/RF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、TK7RK上升或下降沿触发、TK7RK高或 低电平触发

8、、TK/ RK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)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8X 32位=256位，因此，配置适当SSC!关寄存器不仅可以保证 SSC同步串口与E1接口时钟、帧脉冲、

9、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，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

10、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专输数据特性为：存储器到 SSC勺传输需一个主机时钟周期, SSC到存储器间的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 TPRS TNPR与4个16位 计数寄存器（RCR RNCRT

11、CRS 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，各通道工作状态指示位于SSC犬态寄存器中。设置PDC传输控制寄存器的 TXTE/TXTDIS与RXTE/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

12、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专输。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 数据传输完成后计数器减一。当计数器到零时，传输完成，pdC亭止传输数据。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

13、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 PDC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 AT91RM920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

14、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 10MZ100MbZS 以太网接口，将 AT91RM920作为E1与以太网转换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TD/ RD信号、时钟TKZ RK信号及帧同 步TFZRF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

15、钟。前者，同步串口SSC不需要单独时钟电路，配置AT91RM9200 SS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TKZTF连接到RCZRSY同时断开RKZ 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/TFZRKZRF和 TCKZTSS/RSSRCK-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 2 048 kHz ， 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AT91RM920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成帧器，考虑到音视