TMS320F241型DSP的SPI口EEPROM擴展

摘要：敘述了TI公司的TMS320F241型DSP的串行外設(shè)接口（SPI）擴展EEPROM的軟、硬件實現(xiàn)方法。
關(guān)鍵詞：DSP SPI EEPROM X5043

1．引言

TMS320F241型DSP是目前應(yīng)用比較廣泛的一款定點DSP，它具有20MIPS的指令執(zhí)行速度，強大的內(nèi)部事件管理器、I/O端口和其他外圍設(shè)備。其中，串行外設(shè)接口（SPI）是一個高速同步串行輸入/輸出（I/O）端口，它允許一個具有可編程長度（1到16位）的串行位流，以可編程的位傳送速率從設(shè)備移入或移出。SPI通常用于DSP控制器和外部器件或其它控制器間的通訊。

在開發(fā)DSP系統(tǒng)時，某些情況下會讀取或者存儲一些定值，這時我們就需要擴展EEPROM。具有SPI接口的串行EEPROM均可被TMS320F241直接邏輯擴展，方便易行。X5043是Xicor公司最高時鐘速率為3.3MHz帶有塊鎖保護(hù)的4Kbits的CMOS串行EEPROM。該器件內(nèi)部組織陣列是X8位，具有串行外圍接口（SPI）和軟件協(xié)議的特點，允許在簡單的四線總線上工作；該器件利用Xicor專有的直接寫入晶片提供最小為10萬次擦寫和最少100年的數(shù)據(jù)保存期。

2．硬件設(shè)計

X5043與TMS320F241型DSP的連接關(guān)系如圖1所示。DSP作為主控制器，工作于主模式下，SPISIMO為DSP的數(shù)據(jù)發(fā)送端，連接到X5043的數(shù)據(jù)接收端(SI)；SPISOMI為DSP的數(shù)據(jù)接收端，連接到X5043的數(shù)據(jù)發(fā)送端(SO)；SPISTE配置成I/O口連接到X5043的片選端（/CS）；SPICLK為SPI數(shù)據(jù)傳送的時鐘信號，連接到X5043的串行時鐘端（SCK），串行時鐘由DSP控制。DSP的數(shù)據(jù)在SPISIMO引腳上輸出并從SPISOMI上鎖存， DSP通過寫入SPIDAT寄存器的數(shù)據(jù)啟動SPICLK串行時鐘信號從而啟動數(shù)據(jù)傳送，當(dāng)8位串行位流傳送完畢后，SPICLK信號中止，傳送結(jié)束。

3．軟件設(shè)計

3．1工作模式的選擇

TMS320F241的SPI接口有可選擇的四種不同的時鐘模式，如何選擇時鐘模式是它與各種擴展SPI接口器件實現(xiàn)時鐘同步的關(guān)鍵。X5043的數(shù)據(jù)在時鐘下降沿從SO引腳上輸出并在時鐘上升沿從SI引腳上鎖存。讀操作時，在其從SI引腳輸入的最低位地址所對應(yīng)的時鐘下降沿，其SO引腳開始輸出數(shù)據(jù)，如圖5所示。

作為主器件的DSP可以選擇 ‘上升沿，無延時’和‘上升沿、有延時’兩種時鐘工作模式。‘上升沿，無延時’模式與X5043的工作模式一致，數(shù)據(jù)在SPICLK信號的時鐘上升邊沿（從低電平到高電平）從移位寄存器移出在SI引腳上鎖存，在時鐘下降邊沿（從高電平到低電平）從SO引腳上輸出的數(shù)據(jù)鎖存到移位寄存器中。‘上升沿，有延時’模式如圖4所示，數(shù)據(jù)在SPICLK信號上升沿前半個周期從移位寄存器移出，在緊接著的上升邊沿在SI引腳上鎖存，在時鐘下降邊沿（從高電平到低電平）從SO引腳上輸出的數(shù)據(jù)鎖存到移位寄存器中。

3．2波特率的選擇

SPI波特率可以由如下兩種情況計算得出：

（1）對于SPIBRR=3~127，波特率的計算公式為：

SPI波特率=CLKOUT/（SPIBRR+1）

（2）對于SPIBRR=0~2，波特率的計算公式為：

SPI波特率=CLKOUT/4

式中，CLKOUT=器件的CPU時鐘頻率；SPIBRR=主SPI器件中的SPIBRR內(nèi)容。

X5043最大的SPI波特率為3.3MHz，若DSP的CPU時鐘頻率CLKOUT=16MHz，則：
最大的SPI波特率 =16106/(SPIBRR+1)≤3.3106Hz
SPIBRR≥4+9

3．3 DSP的數(shù)據(jù)傳輸格式

DSP中SPI有16位的發(fā)送和接收能力，且接收和發(fā)送均是雙緩沖。所有數(shù)據(jù)寄存器都是16位寬的，而X5043的地址、數(shù)據(jù)寄存器均是8位的，將DSP中SPI傳輸字符長度設(shè)置成8位寬。要向X5043存儲數(shù)據(jù)時，DSP將一個8位字節(jié)長度的數(shù)據(jù)寫入SPIDAT或SPITXBUF的高8位上如圖2所示，在時鐘信號的作用下，以左對齊方式發(fā)送，先發(fā)送數(shù)據(jù)的最高位。DSP接收一個8位字節(jié)長度的數(shù)據(jù)，是以右對齊方式接收如圖3所示，8位字節(jié)長度的數(shù)據(jù)寫入SPIDAT或SPIRXBUF 的低8位上。

3．4各控制寄存器設(shè)置

LDP #SPICCR>>7
SPLK #0007h,SPICCR
;復(fù)位SPI, 8個字符長度
SPLK #000Eh,SPICTL
;主模式,使能TALK,禁止SPI的中斷
;上升沿發(fā)送,下降沿接收，有延時
SPLK #000Fh,SPIBRR
;設(shè)置SPI的傳輸波特率
SPLK #0087h,SPICCR
;SPI準(zhǔn)備好發(fā)送或接收下一字符
3．5程序設(shè)計
RAM塊中的變量定義：
.bss SPI_Xdata,1
;SPI數(shù)據(jù)傳輸暫存器
.bss address1,1
;EEPROM存儲器地址暫存器
.bss data1,1
;EEPROM存儲器數(shù)據(jù)暫存器

X5043存儲器地址：
WREN .set 0600h
;設(shè)置寫使能鎖存指令地址
WRDI .set 0400h
;復(fù)位寫使能鎖存指令地址
RSDR .set 0500h
;讀狀態(tài)寄存器指令地址
WRSR .set 0100h
;寫狀態(tài)寄存器指令地址
READh .set 0B00h
READl .set 0300h
;讀存儲器陣列數(shù)據(jù)指令地址
WRITEh .set 0A00h
WRITEl .set 0200h
;寫存儲器陣列數(shù)據(jù)指令地址

3.5.1 DSP的SPI數(shù)據(jù)發(fā)送、接收子程序代碼
XMIT_VALUE:
LDP #0
LACC SPI_Xdata
LDP #SPITXBUF>>7
SACL SPITXBUF
;寫需發(fā)送的值到SPI傳輸緩沖器
XMIT_RDY:
LDP #SPISTS>>7
BIT SPISTS,BIT6
BCND XMIT_RDY,NTC
;測試SPI_INT位，如果SPI_INT=0,則重復(fù)循環(huán)
;等待數(shù)據(jù)發(fā)送完畢進(jìn)行下一步操作
LDP #SPIRXBUF>>7
LACL SPIRXBUF
;讀取數(shù)據(jù)清除SPI_INT標(biāo)志位
LDP #0
SACL SPI_Xdata
;將接收的值存入數(shù)據(jù)傳輸暫存器
RET

3.5.2 X5043內(nèi)部非易失性寫判斷子程序代碼
RSDR_WIP:
SPISTE_LOW
;置低SPISTE引腳,從而選通X5043
LDP #0
SPLK #RSDR,SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;寫讀狀態(tài)寄存器地址,高8位
SPISTE_HIGH
;置高SPISTE引腳,禁止X5043
LDP #0
BIT SPI_Xdata,BIT0
BCND RSDR_WIP,TC
;測試狀態(tài)寄存器WIP位。如果WIP=1,正在進(jìn)行內(nèi)部寫操作。
;等待內(nèi)部寫操作完成進(jìn)行下一步操作
RET

使用上述判斷子程序能夠保證X5043完成內(nèi)部寫操作。向X5043存儲器陣列寫入數(shù)據(jù)時后面將跟隨一次非易失性寫操作。可以讀狀態(tài)寄存器檢查WIP位，若WIP為高則非易失性寫正在進(jìn)行。X5043存儲器非易失性寫周期為10mS，也可以在一個寫操作完成后作一個大于10mS的延時，以保證X5043完成內(nèi)部寫操作。

3.5.3向X5043 EEPROM存儲器陣列中寫數(shù)據(jù)

如圖4所示，向EEPROM存儲器陣列寫入任何數(shù)據(jù)之前，必須用WREN指令設(shè)置WEL位。首先將CS拉低，向器件輸入WREN指令，然后拉高/CS。再次拉低/CS并輸入WRITE指令，緊跟隨8位地址，然后是要寫入的數(shù)據(jù)。WRITE指令的位3是地址位A8，該位選擇陣列的高半部分或是低半部分。如果/CS在WREN和WRITE之間不變?yōu)楦撸瑒tWRITE指令將被忽略。為了完成寫操作，在最后一個被寫入的數(shù)據(jù)字節(jié)的位0完成后/CS必須被拉高。如果它在任何其它時間被拉高，寫操作將不完成。

寫1個字節(jié)數(shù)據(jù)的程序代碼如下：
WRITE:
KICK_DOG
CALL RSDR_WIP
;讀狀態(tài)寄存器檢查WIP位
;寫WREN指令代碼段
SPISTE_LOW
;置低SPISTE引腳,從而選通X5043
LDP #0
SPLK #WREN,SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
SPISTE_HIGH
;置高SPISTE引腳,禁止X5043
CALL RSDR_WIP
;讀狀態(tài)寄存器檢查WIP位
;寫WRITE指令/地址/數(shù)據(jù)代碼段
SPISTE_LOW
;置低SPISTE引腳,從而選通X5043
LDP #0
SPLK #WRITEl(h),SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;輸入寄存器指令
LDP #0
LACL address1
SACL SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;輸入寄存器地址
LDP #0
LACL data1
SACL SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;輸入寄存器數(shù)據(jù)
SPISTE_HIGH
;置高SPISTE引腳,禁止X5043
CALL RSDR_WIP
;讀狀態(tài)寄存器檢查WIP位,X5043完成內(nèi)部非易失性寫
RET

3.5.4從X5043 EEPROM中讀取數(shù)據(jù)

如圖5所示，/CS只要拉低選中器件。8位READ指令送到器件，后面跟隨8位地址，就可以讀取指定地址下的EEPROM存儲器陣列中的數(shù)據(jù)。READ指令的位3選擇器件的高半部分或是低半部分。在READ指令碼和地址送出后，在選定地址的存儲在存儲器中的數(shù)據(jù)即在SO線上移出。讀操作由拉高/CS而終止。
讀1個字節(jié)數(shù)據(jù)的程序代碼如下：
READ:
KICK_DOG
CALL RSDR_WIP
;讀狀態(tài)寄存器檢查WIP位
SPISTE_LOW
;置低SPISTE引腳,從而選通X5043
LDP #0
SPLK #READl(h),SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;輸入寄存器指令
LDP #0
LACL address1
SACL SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;輸入寄存器地址
LDP #0
LACL data1
SACL SPI_Xdata
CALL XMIT_VALUE
;此data1無意義，使SPI口連續(xù)提供時鐘信號,使數(shù)據(jù)輸出
;輸出的數(shù)據(jù)存儲在SPI_Xdata中
SPISTE_HIGH
;置高SPISTE引腳,禁止X5043
RET

由于X5043是一個半雙工器件，在WRITE子程序中從SPIRXBUF中讀出來的數(shù)據(jù)是無效的，同時，在READ子程序中寫向SPITXBUF的data1數(shù)據(jù)也是無效的，只起啟動發(fā)送時鐘的作用。

4．結(jié)束語

DSP可以連續(xù)的向EEPROM中寫入多至16個字節(jié)的數(shù)據(jù)。唯一的限制是16個字節(jié)必須在同一頁中。一頁地址由[X XXXX 0000]開始，由[X XXXX 1111]結(jié)束。如果字節(jié)地址達(dá)到了頁中的最后字節(jié)而時鐘仍在繼續(xù)，則計數(shù)器將返轉(zhuǎn)至該頁的第一個地址并重寫前面已寫過的數(shù)據(jù)。在連續(xù)地提供時鐘脈沖的條件下儲存在存儲器地址處的數(shù)據(jù)可被連續(xù)地讀出。在每個數(shù)據(jù)字節(jié)被移出后，器件即自動將地址增加至下一個更高的地址。當(dāng)達(dá)到最高的地址時，地址計數(shù)器即翻轉(zhuǎn)到地址00H，使讀周期無限制地連續(xù)下去。上面只給出了X5043單個字節(jié)的讀寫程序代碼，對于多個字節(jié)或一頁16個字節(jié)的讀寫程序代碼可根據(jù)單個字節(jié)的讀寫程序代碼進(jìn)行擴展給出。