0 引 言
    近年來,，隨著DSP技術(shù)的普及、高性能DSP芯片的出現(xiàn),，DSP已越來越多地被廣大的工程師所接受,，并越來越廣泛地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：語音處理,、圖像處理,、模式識別及工業(yè)控制等，并且已日益顯示出其巨大的優(yōu)越性,。DSP是利用專門或通用的數(shù)字信號處理芯片,，以數(shù)字計(jì)算的方法對信號進(jìn)行處理，具有處理速度快,、靈活,、精確、抗干擾能力強(qiáng),、體積小及可靠性高等優(yōu)點(diǎn),，滿足了對信號快速、精確、實(shí)時(shí)處理及控制的要求,。
    在語音處理,、圖像處理、模式識別及工業(yè)控制中,，少不了對必要的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲保護(hù),。如果存儲在內(nèi)外RAM之中，掉電數(shù)據(jù)就丟失,，起不到保護(hù)數(shù)據(jù)的作用,；存儲在FLASH中，由于對FLASH進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入時(shí),，要先進(jìn)行擦除操作,，然后才能整頁的寫入，如果每次寫入的數(shù)據(jù)比較少,，這樣就要占據(jù)很大的CPU時(shí)間,，操作比較麻煩。
    針對這些缺點(diǎn),，根據(jù)多年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn),，結(jié)合實(shí)際，提出一種基于SPI方式的外部數(shù)據(jù)擴(kuò)展方式,。本文所用到的數(shù)據(jù)存儲器是Xicor公司生產(chǎn)的帶有塊鎖保護(hù)的4 Kb CMOS串行E2PROM X5043(接口符合SPI協(xié)議),。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,。數(shù)據(jù)寫入之前不需要外部進(jìn)行擦除操作,，芯片本身自動完成。同時(shí)X5043還具有上電復(fù)位,、看門狗定時(shí)器,、電源電壓監(jiān)控四種常用的功能。這種組合不但降低了系統(tǒng)成本,、減少了電路板空間，還增加了系統(tǒng)可靠性,。

1 SPI協(xié)議
    圖1是典型的SPI協(xié)議,。SPI協(xié)議采用主從設(shè)置，相互連接的設(shè)備中一個(gè)作為主設(shè)備,，其他的設(shè)備作為從設(shè)備,。接口連線主要包括4條信號線：串行數(shù)據(jù)輸入信號線，(Master In Slave Out,，MIS()),；串行數(shù)據(jù)輸出信號線(Master Out Slave In，MOSI),；移位時(shí)鐘信號線(SCK),；從設(shè)備片選信號線(SS),。

2 VC5402的多通道緩存串行口(McBSP)
2．1 McBSP的功能特點(diǎn)
    TMS320V5402是TI生產(chǎn)的第二代低功耗定點(diǎn)數(shù)字信號處理器，提供了兩個(gè)高速,、全雙工,、多通道緩存串行口，每個(gè)串行口可以支持128通道,，速度達(dá)100 Mb／s,。McBSP是在標(biāo)準(zhǔn)串行接口的基礎(chǔ)之上對功能進(jìn)行擴(kuò)展，因此,，具有與標(biāo)準(zhǔn)串行接口相同的基本功能：
    (1)全雙工通信,；
    (2)擁有兩級緩沖發(fā)送和三級緩沖接收數(shù)據(jù)寄存器，允許連續(xù)數(shù)據(jù)流傳輸,；
    (3)為數(shù)據(jù)發(fā)送和接收提供獨(dú)立的幀同步脈沖和時(shí)鐘信號,；
    (4)能夠與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的解碼器、模擬接口芯片(AICs)和其他串行A／D和D／A設(shè)備直接連接,；
    (5)支持外部移位時(shí)鐘或內(nèi)部頻率可編程移位時(shí)鐘,。
    此外，McBSP還具有的其他特殊功能,，本文所用到的有：
    (1)串行字長度可選,，包括8，12,，16,，20，24和32位可選,。
    (2)進(jìn)行8位數(shù)據(jù)傳輸時(shí),，可以選擇LSB或MSB為起始位；
    (3)幀同步脈沖和時(shí)鐘信號的極性可編程,；
    (4)內(nèi)部時(shí)鐘和幀同步脈沖的產(chǎn)生可編程,，具有相當(dāng)大的靈活性。
2．2 McBSP與X5043的接口設(shè)計(jì)
    X5043的外部接口符號SPI協(xié)議規(guī)范,。DIP封裝的X5043有8個(gè)管腳組成,，各個(gè)管腳功能如下所示：
    CS：片選端，當(dāng)CS為低時(shí),，X5043選中,。在任何操作之前，需要先在CS上有一次由高至低的跳變,；
    SO：串行數(shù)據(jù)輸出端,，當(dāng)讀周期時(shí)，數(shù)據(jù)從該引腳移出；
    SI：串行數(shù)據(jù)輸入引腳,，所要寫入存儲器的操作碼,，字節(jié)地址和數(shù)據(jù)都從該引腳輸入；
    WP：當(dāng)WP為低時(shí),，向X5043的非易失性寫被禁止,，但器件其他功能正常，為高時(shí),，所用功能都正常,；
    SCK：串行時(shí)鐘端。串行時(shí)鐘控制串行總線數(shù)據(jù)輸入和輸出的時(shí)序,。
    McBSP的時(shí)鐘停止模式與SPI協(xié)議兼容,。當(dāng)McBSP處于時(shí)鐘停止模式時(shí)，發(fā)送器和接收器是內(nèi)部同步的,，因此可以將McBSP作為SPI主設(shè)備或從設(shè)備,。當(dāng)設(shè)置McBSP為主設(shè)備時(shí)，發(fā)送端輸出信號DXR就作為SPI協(xié)議的MOSI信號,，接收端輸入信號DRR就作為SPI協(xié)議的MISO信號,。發(fā)送幀同步脈沖信號FSX作為從設(shè)備片選信號SS，而發(fā)送時(shí)鐘信號CLKX就與SPI協(xié)議的串行時(shí)鐘信號SCK相對應(yīng),。由于接收時(shí)鐘信號CLKR和接收幀同步脈沖信號FSR與發(fā)送端的相應(yīng)部分CLKX和FSX在內(nèi)部相互連接,，因此這些信號不用于時(shí)鐘停止模式。該設(shè)計(jì)中McBSP作為主設(shè)備使用,。X5043與McBSP的接口電路如圖2所示,。

3 軟件設(shè)計(jì)
    軟件設(shè)計(jì)主要包括DSP相關(guān)寄存器的配置，X5043狀態(tài)寄存器的配置,，以及X5043的讀寫操作,。
3．1 寄存器的配置
    DSP端需要配置的寄存器主要包括CLKMD，SPCR[1,，2],，XCR[1，2],，RCR[1,，2]，SRGR[1,，2]，PCR等,。
    其中CLKMD主要配置DSP的時(shí)鐘,；XCR[1，2]，RCR[1,，2]主要配置接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的幀的個(gè)數(shù),、幀長以及字長。根據(jù)對X5043操作的不同,，發(fā)送和接收的字長也不同,，但是針對某一種操作，接收和發(fā)送字長是一樣的,；SRGR[1,，2]主要是對CLKGDV，CLKSM,，F(xiàn)SGM三個(gè)位域的配置,；SPCR[1，2]主要是對CLKSTP位域的配置,，因?yàn)樗鼪Q定了McBSP是采用時(shí)鐘停止模式(SPI模式)還是正常模式,；引腳控制寄存器(PCR)配置了各個(gè)引腳的工作狀態(tài)。
    值得注意的是在配置McBSP的寄存器之前,，首先要使發(fā)送,、接收和分頻器復(fù)位，配置完SPCR[1,，2],，XCR[1，2],，RCR[1,，2]，PCR后,，使分頻器置位,，等待兩個(gè)時(shí)鐘周期，在配置SRGR[1,，2],，然后使發(fā)送和接收置位在等待兩個(gè)時(shí)鐘周期，這時(shí)才可以進(jìn)行其他操作,。
3．2 X5043的讀寫操作
    X5043的讀操作包括讀狀態(tài)寄存器,、讀存儲器陣列(即讀數(shù)據(jù))。寫操作包括寫使能／寫禁止,、寫狀態(tài)寄存器,、寫存儲器陣列(寫數(shù)據(jù))。X5043的指令組如表1所示,。

    下面主要講一下對單個(gè)數(shù)據(jù)的讀寫操作,。

3．2．1 寫一個(gè)字節(jié)操作
    寫操作之前必須寫使能,，即向X5043先發(fā)送數(shù)據(jù)(06H)。首先將CS拉低,，然后向器件輸入WREN指令,，在將CS拉高。再次將CS拉低并輸入WRITE指令,，后面跟隨8位地址,，在后面需要寫入的數(shù)據(jù)。WRITE指令的位3是地址位A8,，它選擇是陣列的高半部分還是低半部分,。如果CS在WREN和WRITE之間沒變?yōu)楦撸瑒tWRITE指令被忽略,。寫操作時(shí)序如圖3所示,。

    在字節(jié)的最后一個(gè)位0寫入后，CS必須被拉高,。如果它在其他時(shí)間拉高,，寫操作不完全。在存儲器寫操作之后跟隨一次非易失性寫操作,?？梢酝ㄟ^讀狀態(tài)寄存器的WIP位來判斷非易失性寫是否結(jié)束。只有非易失性寫結(jié)束之后才可以進(jìn)行下次寫操作,。
    值得注意的是McBSP在SPI模式下,，只有數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)候CLKX端才有時(shí)鐘輸出，F(xiàn)SX端才輸出低電平的幀同步信號,。因?yàn)樵诎l(fā)送寫使能和寫數(shù)據(jù)指令之間要求CS(即FSX)變高,，所以DSP要分兩次把數(shù)據(jù)送給X5043。且這兩次發(fā)送的字長不同(寫使能一個(gè)字節(jié),，寫數(shù)據(jù)三個(gè)字節(jié)),，所以在發(fā)送之前需要重新配置McBSP。
3．2．2 讀一個(gè)字節(jié)操作
    當(dāng)從E2PROM存儲器陣列讀數(shù)據(jù)時(shí),，首先CS通過FSX引腳拉低為低電平,，然后送READ指令到器件，后面跟隨8位地址,，在后面就是發(fā)送8位無意義的數(shù)據(jù)(目的是為了繼續(xù)產(chǎn)生時(shí)鐘信號),。發(fā)送結(jié)束后，所選地址中的數(shù)據(jù)從SO端移出到McBSP的數(shù)據(jù)接收引腳,。讀操作時(shí)序如圖4所示,。

    讀操作和寫操作一樣，都是發(fā)送三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),，所以McBSP的串口字長要配置為24位,。讀操作發(fā)出以后,，通過查看SPCR1寄存器的RRDY位來判斷接收數(shù)據(jù)是否完成，若RRDY為1,，則讀DRR寄存器獲取數(shù)據(jù)。
3．3 值得注意的地方
    無論是寫使能／寫禁止,、寫狀態(tài)寄存器還是寫數(shù)據(jù),，當(dāng)McBSP相應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送結(jié)束后，McBSP的時(shí)鐘和幀同步信號都將變?yōu)闊o效狀態(tài),，這種無效狀態(tài)要保持至少10μs之上(否則數(shù)據(jù)將無法正確寫入),，然后在讀取X5043的狀態(tài)寄存器，判斷非易失性寫是否結(jié)束,，結(jié)束了才可以進(jìn)行其他操作,。

4 結(jié) 語
    通過SPI接口外接E2PROM，簡化了硬件電路,，提高了系統(tǒng)的可靠性和開發(fā)難度,，具有很實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值。