如何实现多通道缓冲串行口的优化？

多通道缓冲串行口（McBSP）是一个高速、全双工、多通道缓冲串行接口，可直接与其他TMS320C54x、编码器以及系统中的其他串口器件通信。TMS320C54x的多通道缓冲串行口（McBSP）是在缓冲串行口的基础上发展起来的。在外部通道选择电路的控制下，采用分时方式实现多路缓冲串行通信，与以前的串行口相比，具有很大的灵活性。McBSP提供了全双工通信、连续数据流的双缓冲数据寄存器、接收和发送独立的帧和时钟信号，可以直接与T1/E1帧接口。

McBSP的主要特点：

1）串行口的接收、发送时钟既可由外部设备提供，又可由内部时钟提供。

2）帧同步信号和时钟信号的极性可编程。

3）信号的发送和接收既可单独运行，也可结合在一起配合工作。

4）McBSP的串行口可由CPU控制运行，也可以脱离CPU通过直接内存的读取操作来单独运行。

5）具有多通道通信能力，可达128个通道。

6）数据的宽度可在8、12、16、20、24和32位中选择，并可对数据进行A律和μ律压缩和扩展。

1．多通道缓冲串行口（McBSP）结构

McBSP的支持功能有全双工通信；双缓冲发送和三缓冲接收数据存储器；支持连续的数据流传送；能独立的接收、发送帧和时钟信号；可直接与工业标准的编码器、模拟界面芯片（AICs）、其他串行A/D或D/A器件连接并通信；具有外部变速时钟发生器及内部频率可编程时钟发生器；可以直接利用多种串行协议接口通信；多达128路发送和接收通道；数据的字长可选择，包括8、12、16、20、24和32位；可进行μ律或A律的压缩扩展通信；帧同步和时钟信号的极性可编程；可编程内部时钟和帧发生器。

McBSP串行口是由外部通信引脚、接收发送通道、时钟及帧同步信号发生器、多通道选择以及CPU中断信号和DMA同步信号等组成，可分为数据通道和控制通道两部分。数据通道主要完成数据的接收和发送；控制通道可编程完成内部时钟和帧同步信号的产生与控制、多通道的选择、产生中断信号送往CPU和产生同步事件通知DMA控制器等。

McBSP的内部结构如图8-19所示。从图中可以看出，McBSP串口对外引出了硬件连线引脚，它们是串行数据发送引脚DX，串行数据接收引脚DR，发送时钟引脚CLKX，接收时钟引脚CLKR，发送帧同步引脚FSX，接收帧同步引脚FSR，外部提供的采样时钟引脚CLKS。

McBSP通过DX和DR引脚与外部设备进行数据通信，时钟和帧同步等控制信息的传输通过CLKX、CLKR、FSX和FSR引脚来实现。

在McBSP中可以内部连接TMS320C54x中断信号或DMA同步事件等信号。例如，RINT，可用于触发TMS320C54x的发送中断信号；XINT，可用于触发TMS320C54x的接收中断信号；REVT，可用于触发DMA接收同步事件信号；XEVT，可用于触发DMA发送同步事件信号；REVTA，可用于触发DMA接收同步事件信号；XEVTA，可用于触发DMA发送同步事件信号。

2．多通道缓冲串行口（McBSP）的控制寄存器

TMS320C54x可以通过内部总线访问McBSP的控制寄存器。McBSP寄存器列表见表8-8。

图8-19 多通道缓冲串行口（McBSP）的内部结构

表8-8 McBSP寄存器列表

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用于McBSP串口配置的寄存器共有7个，分别为串口控制寄存器SPCR1和SPCR2、引脚控制寄存器PCR、接收控制寄存器RCR1和RCR2，以及发送控制寄存器XCR1和XCR2。3个16位寄存器SPCR1、SPCR2和PCR可进行串口配置。这3个寄存器包含了McBSP的状态信息和当前操作的配置。接收和发送寄存器RCR[1,2]和XCR[1,2]用于配置收发操作的不同参数。

（1）McBSP的控制寄存器SPCR1

SPCR1设置McBSP串口的数字环回模式、接收符号扩展和校验模式、ClockStop模式、DX是否允许、A-bis模式、接收中断模式等，并给出接收同步错误、接收移位寄存器（RSR[1,2]）空、接收准备好等状态。此外可以进行接收复位。SPCR1各位的定义如图8-20所示，其各位的功能描述见表8-9。

图8-20 SPCR1的位结构定义

表8-9 SPCR1的位功能说明

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（2）McBSP的控制寄存器SPCR2

SPCR2设置McBSP自由运行模式、SOFT模式、发送中断模式，并给出发送同步错误、发送移位寄存器（XSR[1,2]）空、发送准备好等状态。此外可以进行发送复位、采样率发生器复位、帧同步发生电路复位。SPCR2的位结构定义如图8-21所示，其各位的功能描述见表8-10。

图8-21 SPCR2的位结构定义

表8-10 SPCR2的位功能说明

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（3）McBSP的引脚控制寄存器PCR

PCR设置McBSP传输帧同步模式、接收帧同步模式、发送时钟模式、接收时钟模式、发送帧同步信号的极性、接收帧同步信号的极性、发送时钟极性、接收时钟极性，并给出CLKS、DX、DR脚的状态。此外PCR还定义发送和接收部分在复位时相应引脚是否配置为通用I/O。PCR各位的定义如图8-22所示，其各位的功能描述见表8-11。

图8-22 PCR的位结构定义

表8-11 PCR的位功能说明

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（4）McBSP的接收控制寄存器RCR1

RCR1设置McBSP接收时第一相（FIRSTPHASE）的接收帧长度可选择1～128个字，接收字长度可选择8位、12位、16位、20位、24位、32位。RCR1各位的定义如图8-23所示，其各位的功能描述见表8-12。

图8-23 RCR1的位结构定义

表8-12 RCR1的位功能说明

（5）McBSP的接收控制寄存器RCR2

RCR2设置McBSP接收时是否允许第二相（RPHASE=1）。如果允许，设置McBSP接收时第二相的接收帧长度可选择1～128个字，接收字长度可选择8位、12位、16位、20位、24位、32位。此外，RCR2设置McBSP接收时的接收压缩模式、接收同步帧忽略模式、接收数据延迟。RCR2各位的定义如图8-24所示，其各位的功能描述见表8-13。

图8-24 RCR2的位结构定义

表8-13 RCR2的位功能说明

（6）McBSP的发送控制寄存器XCR1

XCR1设置McBSP发送时第一相（FIRSTPHASE）的发送帧长度可选择1～128个字，发送字长度可选择8位、12位、16位、20位、24位、32位。XCR1各位的定义如图8-25所示，其各位的功能描述见表8-14。

图8-25 XCR1的位结构定义

表8-14 XCR1的位功能说明

（7）McBSP的发送控制寄存器XCR2

XCR2设置McBSP发送时是否允许第二相（XPHASE=1）。如果允许，设置McBSP时第二相的发送帧长度可选择1～128个字，发送字长度可选择8位、12位、16位、20位、24位、32位。此外，XCR2设置McBSP发送时的发送压缩模式、发送同步帧忽略模式、发送数据延迟。XCR2各位的定义如图8-26所示，其各位的功能描述见表8-15。

图8-26 XCR2的位结构定义

表8-15 XCR2的位功能说明

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3．McBSP串口的控制操作

（1）McBSP串行口的复位

McBSP串行口的复位有两种方式，分别是系统复位和McBSP复位方式。

1）系统复位，是指通过DSP复位端复位。当时，使串口发送器、接收器、采样率发生器复位；RS复位完成后，串口仍然处于复位状态，此时、、、均为0。

2）McBSP复位方式，是指利用McBSP控制寄存器的控制位复位。通过对控制寄存器中的、和位清0，可分别对发送器、接收器和采样率发生器进行复位。

表8-16列出了两种复位情况下串口各引脚的状态。

表8-16 McBSP复位状态

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（2）McBSP串行口的初始化

McBSP复位后，可进行初始化，其步骤如下：

1）对控制寄存器的复位位（接收/发送复位）置0，即使RRST、XRST和GRST位为0。

2）根据串口复位的要求，对McBSP的寄存器进行编程配置。

3）等待2个时钟周期，以保证内部时钟同步。

4）对DXD写信息，设置数据通道。

5）将XRST和RRST置1，使串口处于使能状态。

6）如果需要内部帧同步信号，则设定FRST=1。

7）等待2个时钟周期后，接收器和发送器被激活。

（3）McBSP串口的多通道选择配置

使用单相帧同步设置McBSP，可为发送器、接收器选择独立的多通道工作模式。每一帧代表一个时分复用（TDM）数据流。用（R/X）FRLEN1位设定的每帧字数来表示所选的有效通道数。当采用时分复用数据流时，TMS320C54x仅需要处理少数通道。为了节省存储空间和总线带宽，多通道选择允许对发送和接收的多通道进行单独配置。McBSP的多通道选择配置可以通过设定多通道控制寄存器来进行。下面介绍各组寄存器的功能使用。

1）多通道控制寄存器MCR1

MCR1设置McBSP在多通道工作模式时的接收PART-B的块结构、接收PART-A的块结构、当前可接收块、接收多通道选择。MCR1各位的定义如图8-27所示，其各位的功能描述见表8-17。

图8-27 MCR1的位结构定义

表8-17 MCR1的位功能说明

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2）多通道控制寄存器MCR2

MCR2设置McBSP在多通道工作模式时的发送PART-A块结构、发送PART-B块结构、当前发送块、发送多通道选择。MCR2各位的定义如图8-28所示，其各位的功能描述见表8-18。

图8-28 MCR2的位结构定义

表8-18 MCR2的位功能说明

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3）接收通道使能寄存器RCERx

接收通道使能寄存器RCERx，用于使能32个通道的接收，其中A区和B区各有16个通道，对应的通道使能寄存器分别为RCERA和RCERB。RCERA和RCERB各位的定义分别如图8-29和图8-30所示。RCERA和RCERB各位的功能描述分别见表8-19和表8-20。

图8-29 RCERA的位结构定义

图8-30 RCERB的位结构定义

表8-19 RCERA的位功能说明

表8-20 RCERB的位功能说明

4）发送通道使能寄存器XCERx

发送通道使能寄存器XCERx，用于使能32个通道的发送，其中A区和B区各有16个通道，对应的通道使能寄存器分别为XCERA和XCERB。XCERA和XCERB各位的定义分别如图8-31和图8-32所示。XCERA和XCERB各位的功能描述分别见表8-21和表8-22。

图8-31 XCERA的位结构定义

图8-32 XCERB的位结构定义

表8-21 XCERA的位功能说明

表8-22 XCERB的位功能说明

4．McBSP的通信应用

在时钟信号和帧同步信号控制下，接收和发送通过DR和DX引脚与外部器件直接通信。如图8-11所示的连接方式，TMS320C54x对McBSP的操作是利用16位控制寄存器，通过片内外设总线进行存取控制。

（1）数据发送过程

1）TMS320C54x通过外设总线，将数据写入数据发送寄存器DXR[1,2]。

2）McBSP串口将DXR[1,2]中的发送数据传送到发送移位寄存器XSR[1,2]中。

3）通过发送移位寄存器XSR[1,2]，将数据经DX引脚移出发送。

（2）数据接收过程

1）McBSP串口通过DR引脚，将接收数据移入接收移位数据寄存器RSR[1,2]中。

2）将RSR[1,2]中的接收数据复制到接收缓冲寄存器RBR[1,2]。

3）将RBR[1,2]中的接收数据复制到数据接收寄存器DRR[1,2]。

4）TMS320C54x或DMA控制器从DRR[1,2]中读出数据。

McBSP的工作模式有多种：多通道缓冲模式、SPI模式、A-bis模式、数据回路模式、GPIO模式、省电模式。