DSP的高速串行外設(shè)接口設(shè)計(jì)

1 引言

DSP(數(shù)字信號(hào)處理)的優(yōu)勢(shì)除了處理復(fù)雜的運(yùn)算，特別適用于數(shù)字濾波、語音、視頻、圖象處理、通信以及高速實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)中已成為現(xiàn)代信息處理技術(shù)的重要器件，極大地促進(jìn)了信號(hào)處理和測(cè)控各個(gè)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究、產(chǎn)品開發(fā)及應(yīng)用。TI公司TMS320LF2407是一種專用定點(diǎn)DSP芯片，與以往的產(chǎn)品相比．最大不同就是有豐富的外設(shè)．像SCI、SPI、EV等等．在處理數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)上添加了事務(wù)管理能力。

其中串行外設(shè)接口(Serial Peripheral Interface)是Motorola公司提出的一種同步串行外圍接口協(xié)議．主要應(yīng)用在EEPROM、FLASH、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、AD轉(zhuǎn)換器．還有數(shù)字處理和數(shù)字解碼器之間。包括主/從2種模式，具有I/O資源占用少、協(xié)議實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、傳輸速度快、能夠同時(shí)收發(fā)信息、支持絕大部分處理器芯片等優(yōu)點(diǎn)，是一種高速的全雙工、同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳．同時(shí)為PCB的布局上節(jié)約了空間，提供了方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，TMS320LF2407芯片也集成了這種通信協(xié)議。

2 SPI接口結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)原理

2．1 SPI接口結(jié)構(gòu)

該SPI設(shè)計(jì)主要有兩大部分組成：微控制器接口和SPI控制接口。通過控制線、數(shù)據(jù)線、和地址線三大總線把微控制接口與SPI控制接口連接在一起，如果外部有更多的SPI接口模塊。可以由SPI控制接口運(yùn)用軟件編程與設(shè)置，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展具有SPI接口的外部設(shè)備。

TMS320LF2407中采用的主從控制器連接通信。主控制器通過輸出SPICLK信號(hào)來啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳送。對(duì)主控制器和從控制器．?dāng)?shù)據(jù)都是在SPICLK的一個(gè)邊沿移出移位寄存器，并在相對(duì)的另一個(gè)邊沿鎖存到移位寄存器。如果CLOCK PHASE位是1．?dāng)?shù)據(jù)的發(fā)送和傳輸就要在SPICLK跳變之前的半個(gè)周期發(fā)生。主控制器可以在任一時(shí)刻啟動(dòng)數(shù)據(jù)發(fā)送．因?yàn)樗刂浦鳶PICLK信號(hào)。由軟件決定了主控制器如何檢測(cè)從控制器何時(shí)準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)，以啟動(dòng)SPI傳送數(shù)據(jù)。

圖1 SPI內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2．2 SPI設(shè)計(jì)原理

SPI接口是同步串行總線的一種，在同步時(shí)鐘信號(hào)SCK下，能夠高速、可靠的傳送數(shù)據(jù)。它分為主從(MASTER/SLAVER)兩種傳輸模式。主模式下的發(fā)送總線即是從模式的接收總線：與之對(duì)應(yīng)的是從模式下的發(fā)送總線即是主模式的接收總線。它們可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)．而且發(fā)送和接收操作可以通過中斷或者查詢方法來完成。

2．2．1工作時(shí)鐘

時(shí)鐘極性CPOL和時(shí)鐘相位CPHA控制著時(shí)鐘信號(hào)引腳上4中不同的時(shí)鐘方式。在設(shè)備被使能激活后．還未進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)或兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)間歇期間，SCK處于空閑電平，通過時(shí)鐘極性控制位可以選擇此空閑電平的電平時(shí)0還是1：時(shí)鐘相位控制位用來選擇數(shù)據(jù)接收端設(shè)備的采樣時(shí)刻。在該采樣時(shí)刻，線上數(shù)據(jù)必須同時(shí)滿足建立時(shí)間和保持時(shí)間兩個(gè)參數(shù)，因此數(shù)據(jù)發(fā)送端設(shè)備應(yīng)提前將數(shù)據(jù)移出到數(shù)據(jù)線上。

4種不同的時(shí)鐘方式能根據(jù)外設(shè)需要，能夠提供相對(duì)應(yīng)的傳輸協(xié)議來完成數(shù)據(jù)的傳輸工作。它們之間沒有優(yōu)先級(jí)．SPI線上的主從設(shè)備必須根據(jù)具體情況設(shè)置匹配的傳輸時(shí)序模式．時(shí)序只有匹配擻據(jù)傳輸才能正常進(jìn)行。如果設(shè)置的不匹配．可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收方和發(fā)送方在同一個(gè)時(shí)鐘沿作用．導(dǎo)致數(shù)據(jù)輸出失敗。

圖2是CPHA=0時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序．它同時(shí)包含了CPOL=0和CPOL=1的情況，當(dāng)CPOL=O時(shí)，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)在時(shí)鐘信號(hào)沒有延時(shí)且上升沿出發(fā)送，在時(shí)鐘信號(hào)下降沿處接收數(shù)據(jù)。當(dāng)CPOL=1時(shí)，同樣在沒有延時(shí)的情況下傳輸，不同的是下降沿發(fā)送數(shù)據(jù)，上升沿接收。圖3是CPHA=1時(shí)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序。與圖2相似，但采樣時(shí)刻延遲了半個(gè)周期。

圖2 CPHA=0是SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序

圖3 CPHA=1時(shí)SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序