如何实现标准同步串行口？

标准同步串行口（SP）是一个高速全双工、双缓冲的串行接口，可以很方便地提供与编码器、A/D转换器等串行设备之间的通信，可实现数据的同步发送和接收，能完成8位或16位的串行通信。每个串行口都含有数据发送寄存器（DXR）、发送移位寄存器（XSR）、数据接收寄存器（DRR）和接收移位寄存器（RSR），并能以1/4机器周期频率工作。

在进行数据的接收和发送时，串行口能够产生可屏蔽的中断（RINT和XINT）分别用于指示收、发完成，通过软件来处理数据的接收和发送，整个过程由串行口控制寄存器（SPC）控制。

1．标准同步串行口（SP）结构

标准同步串行口（SP）的结构框图如图8-10所示。

图8-10 标准同步串行口（SP）的结构框图

SP由16位数据接收寄存器（DRR）、数据发送寄存器（DXR）、接收移位寄存器（RSR）、发送移位寄存器（XSR）、2个装载控制逻辑电路以及2个位/字控制计数器组成。标准同步串行口模块对外引出了外部信号引脚，分为接收和发送两组通道。接收通道用于接收同步串行信息，发送通道用于对外发送同步串行信息。表8-5列出了标准同步串行口所用到的引脚。

表8-5 SP外部引脚信号

标准同步串行口各部分的功能：

1）数据接收寄存器（DRR）。它是16位的存储器映射数据接收寄存器，用来保存来自RSR寄存器并将要写到数据总线的输入数据。复位时，DRR被清除。

2）数据发送寄存器（DXR）。它是16位的存储器映射数据发送寄存器，用来保存来自数据总线并将要加载到XSR的外部串行数据。复位时，DXR被清除。

3）数据接收移位寄存器（RSR）。它是16位的数据接收移位寄存器，用来保存来自串行数据接收（DR）引脚的输入数据，并控制数据到DRR的传输。

4）数据发送移位寄存器（XSR）。它是16位数据发送移位寄存器，用来控制来自DXR的外部数据的传输，并保存将要发送到串行数据发送引脚的数据。

5）串行口控制寄存器（SPC）。它是16位的存储器映射串行接口控制寄存器，用来保存串行接口的模式控制和状态位。

6）控制电路。它用于控制串行口协调工作，有以下两种：

①装载控制电路：完成接收和发送数据的装载。

②位/字控制计数器：完成位/字传输控制。

【例8-4】 两个TMS320C54x串行通信的连接。

两个TMS320C54x串行通信连接可以很方便地完成数据传输，图8-11给出了一种连接方式，并用以说明串行口收发数据的过程。

图8-11 两个TMS320C54x串行通信的连接方式

对于左侧TMS320C54x设备，发送过程分为以下几步：

1）发送数据装入DXR。

2）当上一个数据发送完后，DXR的数据会自动装入XSR。

3）在发送帧同步信号FSX和发送时钟信号CLKX的作用下，将XSR的数据通过引脚DX发送输出。

对于右侧TMS320C54x设备，接收过程分为以下几步：

1）在接收帧同步信号FSR和接收时钟信号CLKR的作用下，接收数据通过DR引脚移至RSR中。

2）当RSR满时，将数据装入DRR中。

3）接收端检测到数据到达即可进一步处理。

程序管理访问串行口的缓冲器的方法可选择查询法或中断法。查询法通过程序不断查询串行口控制寄存器（SPC）得到其工作状态，然后进行数据处理；中断法则设置发送、接收串行口中断，通过中断服务程序处理发送、接收数据。

当用中断法进行处理时，串行口初始化的步骤应遵从如下步骤：

1）复位和初始化串行口。给SPC寄存器写入0038h（或0008h）。具体配置为，CLKX使用内部时钟（CLKX信号作为输出），串口通信使用突发模式，使用内部帧同步信号（FSX信号作为输出）。

2）清除任何正在进行中的中断。给IFR置00C0h（XINT、RINT置位）。

3）允许串行口中断。给IMR置00C0h。

4）从整体上开放中断。将ST1中的INTM位置0。

5）启动串行口。给SPC置00F8h（或00C8h）。

6）写第一个数据值给DXR。

2．串行口控制寄存器（SPC）

TMS320C54x标准同步串行口的操作是由串行口控制寄存器（SPC）决定的。SPC各位的定义如图8-12所示。(www.xing528.com)

图8-12 串行口控制寄存器（SPC）的位结构定义

SPC有16个控制位，其中7位只能读，其余9位可以读/写。下面对SPC的各控制位的功能进行说明。

1）Res（第0位）：保留位，用于TMS320C54x测试串行口代码。在串行接口总读为0。

2）DLB（第1位）：数字回送模式位，用于设置串行接口为数据回送模式。

①当DLB=0时，为禁止数据回送模式。DR、FSR和CLKR信号来自它们各自的器件引脚。

②当DLB=1时，为使能数据回送模式。通过图8-13a和图8-13b所示的多路复用器，将DR和FSR信号分别连接到DX和FSX。另外，如果MCM=1，则输出时钟CLKR由片内时钟CLKX驱动；如果MCM=0，则输出时钟CLKR来自器件的CLKR引脚。该配置允许CLKX和CLKR在外部连接在一起，并且由同一个时钟源提供时钟。图8-13c所示为CLKR的逻辑结构。

图8-13 串行口接收器多路开关

3）FO（第2位）：数据格式位，该位用于定义串行口发送/接收数据的字长。当FO=0时，发送/接收数据按16位传输。当FO=1时，发送/接收数据按8位传输，先送高8位。

4）FSM（第3位）：帧同步模式位，该位规定串行口工作时，在初始帧同步脉冲之后是否还要求FSX和FSR帧同步脉冲。当FSM=0时，串行口工作在连续方式，在初始帧同步脉冲之后不需要帧同步脉冲，但是如果出现定时错误的帧同步，将会造成串行传送出错。当FSM=1时，串行口工作在字符组方式，即每发送/接收一个字都要求一个帧同步脉冲FSX/FSR。

5）MCM（第4位）：时钟模式位，用来设定CLKX的时钟源。当MCM=0时，CLKX配置成输入，采用外部时钟源。当MCM=1时，CLKX配置成输出，采用内部时钟源。片内时钟频率是CLKOUT频率的1/4。

6）TXM（第5位）：发送模式位，用于设定帧同步脉冲FSX的来源。当TXM=0时，FSX设置成输入，由外部提供帧同步脉冲。发送时，发送器处于空转状态，直到FSX引脚上提供帧同步脉冲。当TXM=1时，FSX设置成输出，由片内产生帧同步脉冲。每次发送数据的开头由片内产生一个帧同步脉冲。

7）（第6位）：发送复位位，用来对串行口发送器进行复位。当时，串行口处于复位状态，停止操作。当XRST=1时，串行口处于工作状态。

8）（第7位）：接收复位位，用来对串行口接收器进行复位。当时，串行口处于复位状态，停止操作。当时，串行口处于工作状态。

9）IN0（第8位）：接收时钟状态位，用于显示接收时钟CLKR的当前状态。

10）IN1（第9位）：发送时钟状态位，用于显示发送时钟CLKX的当前状态。

11）RRDY（第10位）：接收准备好位，用于检测接收移位寄存器（RSR）接收数据的状态。RRDY由0变1，表示RSR中的内容已复制到接收数据寄存器（DRR）中，同时串行口产生接收中断RINT。

12）XRDY（第11位）：发送准备好位，用于检测发送寄存器（DXR）发送数据的状态。XRDY由0变1，表示DXR中的内容已复制到发送移位寄存器（XSR）中，同时串行口产生发送中断XINT。

13）（第12位）：发送移位寄存器空位，用于反映发送移位寄存器的状态。当发生以下三种情况之一时，，暂停发送数据，即发送移位寄存器（XSR）已空而DXR仍未加载、发送器复位（）或复位DSP（RS=0）。

14）RSRFULL（第13位）：接收移位计数器满，用来反映接收移位寄存器的状态，高电平有效。当RSRFULL=1时，表示RSR已满。在FSM=1时，若同时满足以下三个条件：①上次从RSR传到DRR的数据还没有读出，②RSR已满，③^一个帧同步脉冲已出现在FSR端，则RSRFULL=1；在FSM=0时，若满足前两个条件，则RSRFULL=1。当下述三种情况之一发生时，即读取DRR中的数据、接收器复位（）或复位DSP（RS=0），则RSRFULL=0。

15）Free（第15位）、Soft（第14位）：仿真控制位，用于调试程序遇到断点时决定串行口的时钟状态。Free和Soft的组合功能见表8-6。

表8-6 Free、Soft组合功能

3．标准同步串行口（SP）的使用操作

下面以实例说明标准同步串行口操作的步骤，以TMS320VC5402为例，要用标准同步串行口（SP）实现数据通信，处理时使用中断方式。那么程序需要做两项工作：串口初始化、串行中断服务程序处理。

（1）串口初始化

1）复位，并且把0038h（或0008h）写到SPC，初始化串行接口。

2）把00C0h写到IFR，清除任何挂起的串行接口中断。

3）把00C0h和IMR进行求或逻辑运算，使能串行接口中断。

4）清除ST1的INTM位，使能全局中断。

5）把00F8h（或00C8h）写入SPC，启动串行接口。

6）把第一个数据写到DXR。如果这个串行接口与另一个处理器的串行接口连接，而且这个处理器产生一个帧同步信号SFX，则在写这个数据之前必须有握手信号。

（2）串口中断服务程序处理

1）保存上下文到堆栈中。

2）读DRR或写DXR，或者同时进行两种操作。从DRR读出的数据写到存储器的预定单元，写到DXR的数据从存储器的指定单元取出。

3）恢复现场。

4）用RETE从中断子程序返回，并重新使能中断。