基于SPI方式DSP外部E2PROM接口设计
　　0 引 言
　　近年来，随着 DSP 技术的普及、高性能DSP芯片的出现，DSP已越来越多地被广大的工程师所接受，并越来越广泛地被应用于各个领域，例如：语音处理、图像处理、模式识别及工业控制等，并且已日益显示出其巨大的优越性。DSP是利用专门或通用的数字信号处理芯片，以数字计算的方法对信号进行处理，具有处理速度快、灵活、精确、抗干扰能力强、体积小及可靠性高等优点，满足了对信号快速、精确、实时处理及控制的要求。
　　在语音处理、图像处理、模式识别及工业控制中，少不了对必要的数据进行存储保护。如果存储在内外RAM之中，掉电数据就丢失，起不到保护数据的作用；存储在FLASH中，由于对FLASH进行数据写入时，要先进行擦除操作，然后才能整页的写入，如果每次写入的数据比较少，这样就要占据很大的CPU时间，操作比较麻烦。
　　针对这些缺点，根据多年的研发经验，结合实际，提出一种基于 SPI 方式的外部数据扩展方式。本文所用到的数据存储器是XICor公司生产的带有块锁保护的4 Kb CMOS串行 E2PROM X5043( 接口 符合SPI协议)。该器件利用Xicor专有的直接写入晶片，提供最小为10万次擦写和最少100年的数据保存期。数据写入之前不需要外部进行擦除操作，芯片本身自动完成。同时X5043还具有上电复位、看门狗定时器、电源电压监控四种常用的功能。这种组合不但降低了系统成本、减少了电路板空间，还增加了系统可靠性。
　　1 SPI协议
　　图1是典型的SPI协议。SPI协议采用主从设置，相互连接的设备中一个作为主设备，其他的设备作为从设备。接口连线主要包括4条信号线：串行数据输入信号线，(Master In Slave Out，MIS())；串行数据输出信号线(Master Out Slave In，MOSI)；移位时钟信号线(SCK)；从设备片选信号线(SS)。
　　2 VC5402的多通道缓存串行口(McBSP)
　　2．1 McBSP的功能特点
　　TMS320V5402是TI生产的第二代低功耗定点数字信号处理器，提供了两个高速、全双工、多通道缓存串行口，每个串行口可以支持128通道，速度达100 Mb／s。McBSP是在标准串行接口的基础之上对功能进行扩展，因此，具有与标准串行接口相同的基本功能：
　　(1)全双工通信；
　　(2)拥有两级缓冲发送和三级缓冲接收数据寄存器，允许连续数据流传输；
　　(3)为数据发送和接收提供独立的帧同步脉冲和时钟信号；
　　(4)能够与工业标准的解码器、模拟接口芯片(AICs)和其他串行A／D和D／A设备直接连接；
　　(5)支持外部移位时钟或内部频率可编程移位时钟。
　　此外，McBSP还具有的其他特殊功能，本文所用到的有：
　　(1)串行字长度可选，包括8，12，16，20，24和32位可选。
　　(2)进行8位数据传输时，可以选择LSB或MSB为起始位；
　　(3)帧同步脉冲和时钟信号的极性可编程；
　　(4)内部时钟和帧同步脉冲的产生可编程，具有相当大的灵活性。
　　2．2 McBSP与X5043的接口设计
　　X5043的外部接口符号SPI协议规范。DIP封装的X5043有8个管脚组成，各个管脚功能如下所示：
　　CS：片选端，当CS为低时，X5043选中。在任何操作之前，需要先在CS上有一次由高至低的跳变；
　　SO：串行数据输出端，当读周期时，数据从该引脚移出；
　　SI：串行数据输入引脚，所要写入存储器的操作码，字节地址和数据都从该引脚输入；
　　WP：当WP为低时，向X5043的非易失性写被禁止，但器件其他功能正常，为高时，所用功能都正常；
　　SCK：串行时钟端。串行时钟控制串行总线数据输入和输出的时序。
　　McBSP的时钟停止模式与SPI协议兼容。当McBSP处于时钟停止模式时，发送器和接收器是内部同步的，因此可以将McBSP作为SPI主设备或从设备。当设置McBSP为主设备时，发送端输出信号DXR就作为SPI协议的MOSI信号，接收端输入信号DRR就作为SPI协议的MISO信号。发送帧同步脉冲信号FSX作为从设备片选信号SS，而发送时钟信号CLKX就与SPI协议的串行时钟信号SCK相对应。由于接收时钟信号CLKR和接收帧同步脉冲信号FSR与发送端的相应部分CLKX和FSX在内部相互连接，因此这些信号不用于时钟停止模式。该设计中McBSP作为主设备使用。X5043与McBSP的接口电路如图2所示。
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2.2 设计思路
　　图3 MP3解码系统结构框图
　　MP3解码系统中各模块的连接如图3所示。SD存储卡系统定义了SD和SPI两种通信协议，应用时可以选择其中一种模式。由于本方案中采用的AT91SAM7S64没有提供硬件的SD总线接口，但提供了SPI总线接口，为了避免用软件方式将I/O口模拟为SD总线接口，这里选用SPI总线模式进行Micro SD卡与MCU之间的命令和数据通信。SD卡上电时总是处于SD模式下，如果系统想使用SPI模式进行通信，可以在SD卡发送复位命令CMD0期间，将主控片选(SD_CSN)信号置低，从而进入SPI模式。通过掉电再上电，能够使SD卡系统重新回到SD模式。Micro SD卡是按簇存储的，一簇中又有32个扇区，每个扇区可存放512个字节的数据。由于SD卡、STA013和液晶都是通过SPI总线与MCU进行通信，所以要处理好总线通信的时序问题。在SD卡初始化时打开的SPI总线，需要在获取卡信息后关闭，然后打开LCD的SPI接口;在MP3节目播放时，需要关闭LCD的SPI，打开STA013的SPI总线。
　　STA013解码芯片有3个重要的接口，分别是串行输入接口、I2C接口以及PCM输出接口。串行输入接口的SDI、SCKR分别与MCU的SPI总线中的SIMO、SPICLK相连，由DATA_REQ向MCU提供中断信号。PCM输出接口与DAC的I2S接口相连，MCU通过I2C总线接口对MCU和DAC进行控制。在初始化STA013芯片时，必须先通过I2C总线接口写入由ST公司提供的配置文件。
　　该文件中，奇数项数据是I2C寄存器地址，偶数项数据是相对应的I2C寄存器缺省数值。STA013配置文件解析如图4所示。STA013和DAC的I2C地址分别为10011，所以复用MCU的I2C总线接口时不存在设备冲突的问题。
　　图4 STA013配置文件解析
　　I2C总线接口读写数据时序如图5所示。
　　图5 I2C总线读写数据时序示意图
　　采用Mentor公司的PADS软件绘制电路图。基于STA013解码芯片和DAB系统各部分的连接电路如图6所示。
　　图6 STA013解码芯片与DAB系统连接电路
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不好我反对
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( 发表人：小兰 )
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