应用McBSP实现I2C总线控制器_接口电路论文
关键字:i2c总线 gpio mcbsp dsp
1 引 言
ti公司的tms320c6000[1,2]系列是高性能的dsp，可广泛的用于xdsl、无线基站、数字图像处理等方面。在进行数字图像处理时，通常需要视频解码器诸如saa7111a之类的模拟视频前端，而大多数的视频解码器进行初始化通常是通过两线的i2c总线接口，但是现在的dsp和mcu大部分都没有i2c总线接口，在这种情况下我们可以应用两个通用的io线，通过软件的方法来模拟i2c总线的协议，继而完成i2c总线的接口。在tms320c6000中通常都有两个或两个以上的多通道缓冲串行接口mcbsp，mcbsp不仅可以配制成串行接口还可以独立的配制成通用的输入（gpi）、输出(gpo)和输入输出端口(gpio)。
i2c串行总线是用双向数据线(sda)和串行时钟线(scl)两根信号线，在连接到该总线的器件之间传送信息。总线上的每个器件均可设置一个唯一地址，然后根据所设的功能进行的发送或接收。除了作为发送器和接收器以外，在执行数据传输时，总线的器件还可以设定为主控器和受控器。通常由主控器启动总线上的数据传输，并产生数据传输所需的时钟信号。而被其寻址的其它器件均为受控器，这意味着总线上可连接多个有控制总线的器件。
i2c总线上的数据传输率为100kbit／s，快速方式下可达400kbit／s。连接到总线上的器件数仅受400pf的总线电容的限制。同时，为了避免总线信号的混乱，要求连接到总线上的各器件输出端必须是集电极开路或漏极开路，以便产生“线与”功能。i2c总线上的sda和scl线都是双向传输线，它们可通过一个电阻连接到正电源端，当总线处于空闲状态时，两条线均为高电平。
2 硬件设计
i2c总线的硬件设计非常方便，只需要将sda 和scl连接即可，在i2c总线上只允许有一个主控器，其余的都是受控器。当节点的个数大于了400pf的限制时，可以通过总线驱动器如82b715来进行总线扩展。连接见图1
3 软件设计
3.1 mcbsp的配置
i2c总线应用mcbsp的两个管脚，首先禁用mcbsp功能以便将mcbsp的管脚配制成gpi、gpo、gpio。本文应用mcbsp0的clkx0作为i2c总线的scl，fsx0作为i2c总线的sda，mcbsp的dx,dr，通常不能配置成i2c的sda,因为sda是双向的,而dx,dr只能配制成单一的输入或输出。
配置代码如下：
mcbsp0_spcr=0x00000000;//mcbsp0 发送和接收复位
mcbsp0_pcr=0x00003f00;// mcbsp0的所有的管脚都配置为gpio,clkx0和fsx0为输出
对于主机来说scl总是输出，所以它的方向是保持不变的，scl应该输出0，1作为接口的时钟，为了实现此功能我们定义一个宏（macros）:set_sclhi( ) set_scllo( )
#define set_sclhi( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa |= 0x00000002
#define set_scllo( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa &= 0xfffffffd
i2c总线的数据线sda当写的时候是输入，读的时候是输出。为了改变sda的方向可以定义set_sdadirout( ) set_sdadirin( )
#define set_sdadirout( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa | = 0x00000800
#define set_sdadirin( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa &= 0xfffff7ff
sda应该依照数据位的0,1来变化，为了输出1，0定义set_sdahi( ) set_sdalo( )
#define set_sdahi( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa |= 0x00000008
#define set_sdalo( ) mcbsp0_spsa = pcr; mcbsp0_spsa &= 0xfffffff7
定义好之后可以模拟i2c总线的协议进行传送，例如在saa7111a上的i2c总线接口是用来对saa7111a进行初始化用的，scl的频率可以从0到400khz，为了控制scl的频率可以应用dsp的timer0来控制。
当cpu为100mhz时：
tcr = 0x00000010; // 停止 timer0 and tddr=0
prd = 6249; // timer0 rate = cpu-frequency/(pdr+1) = 100mhz/6250 = 16khz
...
tcr &= 0xffffffef; // 开始 timer0
3．2 i2c总线协议编程
3．2．1 i2c总线协议读写数据流的编程
为了进行i2c总线的通讯，我们选用每位数据流4帧（frames）,以便延迟和噪声干扰最小，4帧每位的数据流保证了sda不会变化在scl的边沿处，仅仅允许数据变化在frame0，读仅在frame2。如图2所示
i2c总线的写程序如下
void i2cwrite(unsigned int writebit)
{set_sdadirout( ); // 设置sda为输出
switch(framecount)
{
case(0): // 起始帧
set_scllo( ); // scl 为 0
if (writebit == 0) // sda = writebit
set_sdalo( );
else
set_sdahi( );
break;
case(3): // 第4帧
set_scllo( ); //
break;
default: // 在第2，3帧
set_sclhi( ); // scl 为 1
}
framecount += 1; // 帧计数
if (framecount > 3)
{
framecount = 0;
bitindex = (bitindex >> 1); } // 准备下一个发送位
}
i2c总线的读程序与写程序很类似，只需要改变sda为输入即可。
3．2．2 i2c总线的开始位和停止位的编程
i2c总线的开始位和停止位有3帧产生，在i2c总线传输过程中，仅当总线空闲(scl线和sda线均为高电平)时，数据传送才能开始，此时总线上的任何器件均可以控制总线。其中当scl线为高电平且sda线由高变低时为开始条件；而当scl线为高电平且sda线由低变高时为结束条件。如图3所示
开始位：
void i2csta ( )
{ // i2c 开始位
set_sdadirout ( );//定义sda为输出
switch ( framecount )
{
case (1): // 第2帧
set_sclhi ( );
set_sdalo( );
break;
case (2): // 第三帧
set_scllo ( );
set_sdalo( );
break;
default: // 第一帧
set_sclhi ( );
set_sdahi ( );
}
framecount += 1; // 帧计数
if ( framecount > 2 )
{
framecount = 0;
bitindex = 0x0080; } // 定义的低8位
}
停止位的编程方法只需要按照上面所说的将scl线为高电平且sda线由低变高即可。
3．2．3 i2c总线的数据格式
起始位 受控器件地址 读写控制位0/1 应答位 数据 应答位 … 停止位
i2c总线数据传输格式如图4。其中第一部分为数据传输起始信号，即由此开始进行数据传送；第二部分为受控器地址，用来选择向哪个受控器传送数据；第三部分为读／写控制位，用于指示受控器的工作方式，0表示写，1表示读；第四部分是被主控器选中的受控器向主控器回传的确认信号；第五部分是所传送的数据，每传送一个字节数据，都要求有一个应答位；第六部分是数据传输的结束信号。每个具有i2c总线接口的受控器件都有唯一固定的地址，当主控器发送数据时，i2c总线上挂接的受控器件都会将主控器发出的、位于起始信号后的8位地址与自己的地址进行比较，如果两者相同，则认为该受控器件被选中，然后按照读／写位规定的工作方式接收或发送数据。可以应用上面的程序来按照i2c总线的数据格式进行数据传送。
4 结论
应用dsp的mcbsp来设计i2c总线接口，硬件接口简单，调试方便，并且可以节省硬件的花费，此方法已经应用在基于dsp的图像匹配机中，方法可行，并运行可靠。