應(yīng)用McBSP實(shí)現(xiàn)I2C總線控制器
作者Email: dick_ligg@sohu.com
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202994.htm摘 要:提出了在TMS320C6000系列DSP上應(yīng)用McBSP實(shí)現(xiàn)I2C總線接口協(xié)議的方法,使DSP可以接入其他需要I2C總線配置的智能器件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,硬件設(shè)計(jì)容易,資源消耗小。
關(guān)鍵字:I2C總線 GPIO McBSP DSP
1 引 言
TI公司的TMS320C6000[1,2]系列是高性能的DSP,可廣泛的用于XDSL、無線基站、數(shù)字圖像處理等方面。在進(jìn)行數(shù)字圖像處理時(shí),通常需要視頻解碼器諸如SAA7111A之類的模擬視頻前端,而大多數(shù)的視頻解碼器進(jìn)行初始化通常是通過兩線的I2C總線接口,但是現(xiàn)在的DSP和MCU大部分都沒有I2C總線接口,在這種情況下我們可以應(yīng)用兩個(gè)通用的IO線,通過軟件的方法來模擬I2C總線的協(xié)議,繼而完成I2C總線的接口。在TMS320C6000中通常都有兩個(gè)或兩個(gè)以上的多通道緩沖串行接口McBSP,McBSP不僅可以配制成串行接口還可以獨(dú)立的配制成通用的輸入(GPI)、輸出(GPO)和輸入輸出端口(GPIO)。
I2C[3]串行總線是用雙向數(shù)據(jù)線(SDA)和串行時(shí)鐘線(SCL)兩根信號(hào)線,在連接到該總線的器件之間傳送信息??偩€上的每個(gè)器件均可設(shè)置一個(gè)唯一地址,然后根據(jù)所設(shè)的功能進(jìn)行信息的發(fā)送或接收。除了作為發(fā)送器和接收器以外,在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí),總線的器件還可以設(shè)定為主控器和受控器。通常由主控器啟動(dòng)總線上的數(shù)據(jù)傳輸,并產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸所需的時(shí)鐘信號(hào)。而被其尋址的其它器件均為受控器,這意味著總線上可連接多個(gè)有控制總線的器件。
I2C總線上的數(shù)據(jù)傳輸率為100kbit/s,快速方式下可達(dá)400kbit/s。連接到總線上的器件數(shù)僅受400pF的總線電容的限制。同時(shí),為了避免總線信號(hào)的混亂,要求連接到總線上的各器件輸出端必須是集電極開路或漏極開路,以便產(chǎn)生“線與”功能。I2C總線上的SDA和SCL線都是雙向傳輸線,它們可通過一個(gè)電阻連接到正電源端,當(dāng)總線處于空閑狀態(tài)時(shí),兩條線均為高電平。
2 硬件設(shè)計(jì)
I2C總線的硬件設(shè)計(jì)非常方便,只需要將SDA 和SCL連接即可,在I2C總線上只允許有一個(gè)主控器,其余的都是受控器。當(dāng)節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)大于了400pF的限制時(shí),可以通過總線驅(qū)動(dòng)器如82B715來進(jìn)行總線擴(kuò)展。連接見圖1
3 軟件設(shè)計(jì)
3.1 McBSP的配置
I2C總線應(yīng)用McBSP的兩個(gè)管腳,首先禁用McBSP功能以便將McBSP的管腳配制成GPI、GPO、GPIO。本文應(yīng)用McBSP0的CLKX0作為I2C總線的SCL,F(xiàn)SX0作為I2C總線的SDA,McBSP的DX,DR,通常不能配置成I2C的SDA,因?yàn)镾DA是雙向的,而DX,DR只能配制成單一的輸入或輸出。
配置代碼如下:
McBSP0_SPCR=0x00000000;//McBSP0 發(fā)送和接收復(fù)位
McBSP0_PCR=0x00003F00;// McBSP0的所有的管腳都配置為GPIO,CLKX0和FSX0為輸出
對(duì)于主機(jī)來說SCL總是輸出,所以它的方向是保持不變的,SCL應(yīng)該輸出0,1作為接口的時(shí)鐘,為了實(shí)現(xiàn)此功能我們定義一個(gè)宏(MACROS):SET_SCLHI( ) SET_SCLLO( )
#define Set_SCLHi( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA |= 0x00000002
#define Set_SCLLo( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA = 0Xfffffffd
I2C總線的數(shù)據(jù)線SDA當(dāng)寫的時(shí)候是輸入,讀的時(shí)候是輸出。為了改變SDA的方向可以定義Set_SDADirOut( ) Set_SDADirIn( )
#define Set_SDADirOut( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA | = 0x00000800
#define Set_SDADirIn( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA = 0xFFFFF7FF
SDA應(yīng)該依照數(shù)據(jù)位的0,1來變化,為了輸出1,0定義Set_SDAHi( ) Set_SDALo( )
#define Set_SDAHi( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA |= 0x00000008
#define Set_SDALo( ) McBSP0_SPSA = PCR; McBSP0_SPSA = 0xFFFFFFF7
定義好之后可以模擬I2C總線的協(xié)議進(jìn)行傳送,例如在SAA7111A上的I2C總線接口是用來對(duì)SAA7111A進(jìn)行初始化用的,SCL的頻率可以從0到400KHZ,為了控制SCL的頻率可以應(yīng)用DSP的TIMER0來控制。
當(dāng)CPU為100MHZ時(shí):
TCR = 0x00000010; // 停止 TIMER0 and TDDR=0
PRD = 6249; // TIMER0 rate = CPU-Frequency/(PDR+1) = 100MHz/6250 = 16kHz
...
TCR = 0xFFFFFFEF; // 開始 TIMER0
3.2 I2C總線協(xié)議編程
3.2.1 I2C總線協(xié)議讀寫數(shù)據(jù)流的編程
為了進(jìn)行I2C總線的通訊,我們選用每位數(shù)據(jù)流4幀(FRAMES),以便延遲和噪聲干擾最小,4幀每位的數(shù)據(jù)流保證了SDA不會(huì)變化在SCL的邊沿處,僅僅允許數(shù)據(jù)變化在FRAME0,讀僅在FRAME2。如圖2所示
I2C總線的寫程序如下
void I2CWrite(unsigned int WriteBit)
{Set_SDADirOut( ); // 設(shè)置SDA為輸出
switch(FrameCount)
{
case(0): // 起始幀
Set_SCLLo( ); // SCL 為 0
if (WriteBit == 0) // SDA = WriteBit
Set_SDALo( );
else
Set_SDAHi( );
break;
case(3): // 第4幀
Set_SCLLo( ); //
break;
default: // 在第2,3幀
Set_SCLHi( ); // SCL 為 1
}
FrameCount += 1; // 幀計(jì)數(shù)
if (FrameCount > 3)
{
FrameCount = 0;
BitIndex = (BitIndex >> 1); } // 準(zhǔn)備下一個(gè)發(fā)送位
}
I2C總線的讀程序與寫程序很類似,只需要改變SDA為輸入即可。
3.2.2 I2C總線的開始位和停止位的編程
I2C總線的開始位和停止位有3幀產(chǎn)生,在I2C總線傳輸過程中,僅當(dāng)總線空閑(SCL線和SDA線均為高電平)時(shí),數(shù)據(jù)傳送才能開始,此時(shí)總線上的任何器件均可以控制總線。其中當(dāng)SCL線為高電平且SDA線由高變低時(shí)為開始條件;而當(dāng)SCL線為高電平且SDA線由低變高時(shí)為結(jié)束條件。如圖3所示
開始位:
void I2CSTA ( )
{ // I2C 開始位
Set_SDADirOut ( );//定義SDA為輸出
switch ( FrameCount )
{
case (1): // 第2幀
Set_SCLHi ( );
Set_SDALo( );
break;
case (2): // 第三幀
Set_SCLLo ( );
Set_SDALo( );
break;
default: // 第一幀
Set_SCLHi ( );
Set_SDAHi ( );
}
FrameCount += 1; // 幀計(jì)數(shù)
if ( FrameCount > 2 )
{
FrameCount = 0;
BitIndex = 0x0080; } // 定義的低8位
}
停止位的編程方法只需要按照上面所說的將SCL線為高電平且SDA線由低變高即可。
3.2.3 I2C總線的數(shù)據(jù)格式
起始位受控器件地址讀寫控制位0/1應(yīng)答位數(shù)據(jù)應(yīng)答位…停止位
I2C總線數(shù)據(jù)傳輸格式[3]如圖4。其中第一部分為數(shù)據(jù)傳輸起始信號(hào),即由此開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送;第二部分為受控器地址,用來選擇向哪個(gè)受控器傳送數(shù)據(jù);第三部分為讀/寫控制位,用于指示受控器的工作方式,0表示寫,1表示讀;第四部分是被主控器選中的受控器向主控器回傳的確認(rèn)信號(hào);第五部分是所傳送的數(shù)據(jù),每傳送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù),都要求有一個(gè)應(yīng)答位;第六部分是數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束信號(hào)。每個(gè)具有I2C總線接口的受控器件都有唯一固定的地址,當(dāng)主控器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),I2C總線上掛接的受控器件都會(huì)將主控器發(fā)出的、位于起始信號(hào)后的8位地址信息與自己的地址進(jìn)行比較,如果兩者相同,則認(rèn)為該受控器件被選中,然后按照讀/寫位規(guī)定的工作方式接收或發(fā)送數(shù)據(jù)??梢詰?yīng)用上面的程序來按照I2C總線的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。
4 結(jié)論
應(yīng)用DSP的McBSP來設(shè)計(jì)I2C總線接口,硬件接口簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,并且可以節(jié)省硬件的花費(fèi),此方法已經(jīng)應(yīng)用在基于DSP的圖像匹配機(jī)中,方法可行,并運(yùn)行可靠。
評(píng)論