用虛擬I2C總線技術實現SAA7111的初始化

摘要：介紹了虛擬I2C總線技術的特點，描述了用單片機（C51）的普通I/O口以及對DSP（TMS320VC5402）的McBSP口和HPI-8口模擬I2C總線接口的設計方案，最后給出了對SAA7111進行初始化的方法。

關鍵詞：虛擬I2C總線技術；SAA7111；DSP；I2C總線

ＳＡＡ７１１１是Ｐｈｉｌｉｐｓ半導體公司生產的一種視頻輸入處理器（ＶＩＰ），在視頻采集系統(tǒng)中，通常需要諸如ＳＡＡ７１１１之類的視頻解碼器作為模擬視頻前端，而視頻解碼器的初始化主要通過Ｉ２Ｃ總線接口來完成。然而，目前的單片機和ＤＳＰ器件大多都不帶有Ｉ２Ｃ總線接口，為此，本文提出了用虛擬總線技術來模擬實現Ｉ２Ｃ總線功能，利用ＤＳＰ的多功能Ｉ／Ｏ口和單片機的普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口設計，從而實現ＤＳＰ和單片機對ＳＡＡ７１１１的初始化與控制的新方法。

１　虛擬Ｉ２Ｃ總線技術

１．１ 多主方式下的Ｉ２Ｃ總線虛擬

Ｉ２Ｃ總線是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的一種連接ＩＣ器件的二線制總線，它既可以用于構成多主系統(tǒng)，又可工作在單主方式下。因為多主方式下會出現多主競爭的復雜狀態(tài)，此時如果系統(tǒng)中沒有帶Ｉ２Ｃ總線接口的主控制器，那么要構成多主系統(tǒng)的虛擬Ｉ２Ｃ總線，就必須在虛擬Ｉ２Ｃ總線中解決多主競爭狀態(tài)，而這幾乎是不可能的，鑒于此，多主Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)必須使用帶Ｉ２Ｃ總線接口的控制器。

１．２ 單主方式下的Ｉ２Ｃ總線虛擬

當Ｉ２Ｃ總線中只有一個主器件時，Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)的工作方式稱為單主方式。在單主方式下，由于Ｉ２Ｃ總線上只有一個主器件成為主節(jié)點，因此，該主器件會永遠占據總線，而不會出現總線競爭，此時的主節(jié)點也不必有自己的節(jié)點地址。在這種情況下，主器件若沒有Ｉ２Ｃ總線接口，就可以用主控制器的Ｉ／Ｏ口來模擬Ｉ２Ｃ總線接口。

目前，許多視頻、音像電器中都采用了虛擬Ｉ２Ｃ總線技術。ＳＡＡ７１１１的初始化控制操作就工作在單主方式下，因此可以用虛擬Ｉ２Ｃ總線技術來實現ＳＡＡ７１１１的初始化控制。下面分別以單片機和ＤＳＰ為例來說明虛擬Ｉ２Ｃ總線技術的實現方法。

２　用單片機普通Ｉ／Ｏ模擬Ｉ２Ｃ總線接口

用單片機普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口時，其硬件配置非常簡單，因為單片機的Ｉ／Ｏ口很多，并且大多Ｉ／Ｏ口都是雙向的，因此可以直接用兩個Ｉ／Ｏ口線作為Ｉ２Ｃ總線的串行時鐘線ＳＣＬ和串行數據線ＳＤＡ。圖１所示為Ｃ５１ 單片機與ＳＡＡ７１１１的硬件連接圖。 當硬件配置完成后，根據Ｉ２Ｃ總線的時序特性可用軟件編程來模擬Ｉ２Ｃ總線接口。圖２為Ｉ２Ｃ總線的起始信號（Ｓ），它表示在ＳＣＬ為高電平期間，數據線ＳＤＡ由高電平向低電平變化將啟動Ｉ２Ｃ總線。下面是相應的匯編程序。其它子程序可以參考Ｉ２Ｃ總線時序來實現，這里就不一一給出了。

啟動Ｉ２Ｃ總線：

ＳＥＴＢ Ｐ１．０ ； ＳＤＡ＝１

ＳＥＴＢ Ｐ１．１ ； ＳＣＬ＝１

ＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ ；保持數據時間，ＤＥＬＡＹ

為延遲子程序

ＣＬＲ Ｐ１．０ ； ＳＤＡ＝０

ＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ

ＣＬＲ Ｐ１．１ ；鉗定總線，開始發(fā)送數據

ＲＥＴ

３ 用ＤＳＰ外圍接口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

由于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２只有兩個通用的Ｉ／Ｏ引腳，且都是單向的，而在Ｉ２Ｃ總線中，ＳＤＡ必須是雙向的，因此必須借助于其它總線接口。

３．１ 用ＭｃＢＳＰ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

首先，通過配置串口控制寄存器ＳＰＣＲ１和ＳＰＣＲ２以及引腳控制寄存器ＰＣＲ的禁用ＭｃＢＳＰ功能，以將ＭｃＢＳＰ引腳（包括ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ、ＤＸ、ＤＲ、ＦＳＸ、ＦＳＲ、和ＣＬＫＳ）作為通用Ｉ／Ｏ口?，F以發(fā)送器為例，當ＳＰＣＲ２的ＸＲＳＴ＝０、ＰＣＲ的ＸＩＯＥＮ＝１時，串口發(fā)送器無效，ＦＳＸ、ＣＬＫＸ用作通用Ｉ／Ｏ引腳。ＦＳＸ和ＣＬＫＸ作為通用Ｉ／Ｏ端口的引腳設置情況如表１所列。以ＭｃＢＳＰ０為例，也可以從ＦＳＸ０和ＣＬＫＸ０引出兩條線分別表示ＳＤＡ線和ＳＣＬ線。

注：“-”表示無影響

圖３為Ｉ２Ｃ總線的結束信號時序，下面是相應的程序：

＃ｄｅｆｉｎｅ ＳＰＳＡ０ ０ｘ００３８ ／／ＳＰＳＡ０指向ＭｃＢＳＰ０子地址寄存器

＃ｄｅｆｉｎｅ ＳＰＳＤ０ ０ｘ００３９ ／／ＳＰＳＤ０指向ＭｃＢＳＰ０

子區(qū)數據存儲器

＃ｄｅｆｉｎｅ ＰＣＲ０ ‘０ｘ０００Ｅ ／／ＰＣＲ０代表子地址

０ｘ０００Ｅ

結束Ｉ２Ｃ總線：

ｖｏｉｄ ｓｔｏｐ ? ? ?

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＡ０＝ＰＣＲ０； ／／ＳＰＳＡ０指向子

地址ＰＣＲ０

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＤ０＝０ｘ２Ａ０２? ／／初始化ＰＣＲ０，

令ＦＳＸ０＝０，ＣＬＫＸ＝１。即ＳＤＡ＝０，ＳＣＬ＝１

ｄｅｌａｙ? ?； ／／延時。Ｄｅｌａｙ（）為延時子程序

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＤ０＝０ｘ２Ａ０Ａ； ／／令ＦＳＸ０＝１，

ＣＬＫＸ＝１。即ＳＤＡ＝１，ＳＣＬ＝１

}

３．２ 用ＨＰＩ－８口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

同樣，首先必須禁用ＨＰＩ－８的功能，這可通過設置ＨＰＩ－８控制寄存器（ＨＰＩＣ）的ＨＰＩＥＮＡ為０來完成。當ＨＰＩ－８工作在通用Ｉ／Ｏ端口（ＧＰＩＯ）方式時，通過通用Ｉ／Ｏ控制寄存器（ＧＰＩＯＣＲ）和通用Ｉ／Ｏ狀態(tài)寄存器（ＧＰＩＯＳＲ）可以控制ＧＰＩＯ方式下的ＨＰＩ－８數據引腳。ＧＰＩＯＣＲ的ＤＩＲｘ（ｘ＝０～７）位為低電平表明ＨＤｘ引腳為輸入，高電平表明ＨＤｘ為輸出。 ＧＰＩＯＳＲ的Ｄ／Ｏｘ位則反映了引腳ＨＤｘ的邏輯值，Ｄ／Ｏｘ為低電平表明ＨＤｘ輸入／輸出為０，Ｄ／Ｏｘ為高電平表明ＨＤｘ輸入／輸出為１。因為在ＧＰＩＯ方式下，ＨＤｘ為雙向Ｉ／Ｏ端口，因此可以任意選擇一個ＨＤｘ（如ＨＤ０）作為ＳＤＡ，再用另外一個ＨＤｘ（ＨＤ１）作為ＳＣＬ以實現Ｉ２Ｃ總線接口的模擬。

４ ＳＡＡ７１１１的初始化

ＳＡＡ７１１１內部有３２個寄存器（Ｓｕｂａｄｄｒｅｓｓ００～１ＦＨ），其中２２個是可編程的。００Ｈ、１Ａ～１ＣＨ、１ＦＨ是只讀寄存器，其中００Ｈ描述的是芯片版本信息；１Ａ～１ＣＨ是文本信息檢測和解碼寄存器，一般很少用到；１ＦＨ用來描述芯片的狀態(tài)。０２Ｈ～１２Ｈ是可讀寫寄存器，其中０２Ｈ～０５Ｈ是模擬輸入控制寄存器，０２Ｈ用于設置模擬視頻信號輸入方式（共８種），０３Ｈ～０５Ｈ用于設置增益控制方式， ０６Ｈ～１２Ｈ主要用于設置解碼方式，通過配置這些寄存器可以設置行同步信號的開始和結束位置，并可確定亮度、色度、飽和度的大小以及輸出圖像數據信號的格式。 ０１Ｈ、１３Ｈ～１９Ｈ、１ＤＨ～１ＥＨ寄存器保留使用。需要注意的是，在讀００Ｈ寄存器前，必須將它初始化為０。在對多個連續(xù)的寄存器進行操作時，寄存器地址有自動加１功能。內部寄存器控制位的功能含義詳見參考文獻。

可以采用上面任何一種方法來模擬Ｉ２Ｃ總線接口，只是具體的編程方法應視不同的控制器而異。但軟件編程具有相同之處，首先必須根據Ｉ２Ｃ總線的原理寫出啟動、結束、發(fā)送應答信號及讀、寫一個字節(jié)的程序，然后根據ＳＡＡ７１１１的寄存器操作格式寫出讀、寫寄存器的程序，最后根據以上子程序寫出初始化ＳＡＡ７１１１的程序段。ＳＡＡ７１１１的初始化流程如圖４所示。

以單片機為例，硬件連接見前文圖１所示，其中ＩＩＣＳＡ是ＳＡＡ７１１１的讀寫控制位，ＩＩＣＳＡ＝０表示ＳＡＡ７１１１的寫地址為４８Ｈ。這里把ＳＡＡ７１１１初始化設定為：一路模擬視頻信號輸入（ＡＩ１２）、自動增益控制、６２５行５０Ｈｚ ＰＡＬ制式、ＹＵＶ ４２２ １６位數字視頻信號輸出、設置默認的圖象對比度、亮度及飽和度。相應的寄存器初始化值如表２所列。下面是向ＳＡＡ７１１１的１９個連續(xù)的子地址寄存器（００Ｈ～１２Ｈ）寫入一組數據的的程序。

入口參數：ＳＡＡ７１１１寫地址４８Ｈ、子地址００Ｈ、發(fā)送數據緩沖區(qū)ＤＢＵＦ、發(fā)送字節(jié)數１９。

ＷＮＢＹＴＥ：ＭＯＶ Ｒ３，１９ ；發(fā)送字節(jié)數１９送入Ｒ３

ＬＣＡＬＬ ＳＴＡＲＴ ；調用啟動子程序

ＭＯＶ Ａ，＃４８Ｈ ；ＳＡＡ７１１１寫地址送入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ ；調用寫一個字節(jié)子程序

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ ；調用檢查應答位子程序

ＪＢ Ｆ０，ＮＥＸＴ０ ；有應答，轉到ＮＥＸＴ０，其

中Ｆ０為應答標志位，Ｆ０＝１

表示有應答

ＡＪＭＰ ＷＮＢＹＴＥ ；無應答，重新發(fā)送

ＮＥＸＴ０：ＭＯＶ Ａ， ００Ｈ ；ＳＡＡ７１１１子地址送入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ

ＪＢ Ｆ０，ＮＥＸＴ１

ＡＪＭＰ ＳＴＡＲＴ

ＭＯＶ Ｒ２，＃ＤＢＵＦ ；發(fā)送數據緩沖區(qū)首地址

送入Ｒ２

ＮＥＸＴ１：ＭＯＶ Ａ， ＠Ｒ２ ；發(fā)送數據緩沖區(qū)數據送

入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ

ＪＮＢ Ｆ０，ＷＮＢＹＴＥ ；未應答，重新發(fā)送

ＩＮＣ Ｒ２

ＤＪＮＺ Ｒ３，ＮＥＸＴ１ ；發(fā)送完否?未完，繼續(xù)發(fā)送

ＥＸＩＴ： ＬＣＡＬＬ ＳＴＯＰ ；發(fā)送完畢?調用結束子程序

ＲＥＴ

５　結束語

對一個典型的以ＤＳＰ為核心處理器的視頻采集系統(tǒng)而言，用單片機普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口的編程比較簡單，操作也很方便，但是相應的會增加設計成本，因為系統(tǒng)要額外的增加一片單片機。而用ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ口或者ＨＰＩ－８口模擬Ｉ２Ｃ總線接口，雖然不必考慮成本問題，但是必須要禁用ＭｃＢＳＰ或者ＨＰＩ－８的功能，這對系統(tǒng)中ＤＳＰ功能的擴展來說是不利的。