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DSP的软件UART实现 1前言 ADSP218X作为16位的定点数字信号处理器，以其低成本、低功耗的特点在实际中有着广泛的应用。它主要面向通信系统等对处理数据精度和动态范围适中、更强调产品成本和功耗的应用领域。ADSP218X系列定点DSP相对于其他定点DSP的突出优点是片内高速存储器容量大，寻址能力强，运算速度快，对于需要较大存储器（40~80kB）的应用，ADSP218X可以构成外围设备最少的系统[4] 。除此之外，ADSP218X还有强大的系统接口，有两个带有自动压扩功能的双缓冲串口。ADSP218X的串口属于同步串口，与标准的异步串行接口不同，要想实现ADSP218X与PC机串口的通信，我们必须在DSP中采用软件模拟通用异步收发器(UART)的方法来实现两者的通信。 2串行通信和DSP串口 在典型的RS-232接口中，由于没有时钟信号，所以数据按照设定的固定波特率传送。在一帧信号中通常包括开始位、停止位和数据位，校验位可选。其中数据位为5~8bits；奇偶校验位共有5种方式可选：奇校验、偶校验、始终为1、始终为0以及空；停止位也有3种选择：1位、1 1/2位以及 2位。串口传数时低位优先，由开始位表示数据的传送。 ADSP218X有两个双向双缓冲的同步串口，通过帧信号来控制数据流。每一个串口有5个信号：串行时钟SCLK、接收帧同步(RFS)、发送帧同步 (TFS)、串行数据接收(DR)和串行数据发送(DT)。两个串口都可以使用外部时钟，也可以利用DSP的内部时钟，内部产生串口时钟时频率由串行时钟除法寄存器SCLKDIV确定。帧同步信号也有内外选择，既可以自己产生，也可以由外部设备提供，它用于指示串行数据字的开始。串口数据的字长在 3~16bit之间任意设置，共有4种格式：右对齐高位零填充、右对齐高位符号位填充、 μ率压缩及A率压缩。SPORT在DR上接收数据，在DT上发送数据，可实现双工操作。数据比特利用串口时钟同步。在ADSP218X的两个串口中，SPORT1除了可以作为普通串口，还可以作为外部中断和标志位使用。通过设置系统控制寄存器（0X3FFF）的 bit10，DR1和DT1相应可作为FLAG IN（标志位输入）和FLAG OUT（标志位输出），这两个管脚在软件UART的过程中可以作为数据的输入和输出管脚。ADSP218X的串口在传输时高位优先。 ADSP218X的串口使用主要是通过设置各内存映射控制寄存器来实现，各寄存器的具体含义及设置请参阅文献[2]。 3DSP软件UART的实现 由以上看出，DSP的串口和PC机的串口在数据格式以及传送控制上有区别，但是通过软件模拟以及必要的硬件控制，就可实现DSP与标准串口间的通信。在ADSP218X上软件模拟UART有3种主要的方法：直接利用DSP的串口，通过控制串口的传送模式来实现；利用DSP的定时器，通过标志位管脚的输入输出来实现；利用DSP的外部中断，通过中断处理程序来实现。本文主要介绍前两种方法。 3.1 DSP串口实现的软件UART 发送数据时，设置串口为内部时钟，内部产生帧同步信号，传送时可按照实际的波特率发送数据。但是由于接收时需要设置DSP串口速率为波特率的3倍，所以发送时仍然按3倍波特率发送，因此在传送前必须对数据进行处理，除了加上开始位和结束位外，还需将待传数据按位扩展，即将1和0分别扩展为111和000，10bit数据因此变为30bit，而DSP串口发送寄存器同样为16bit，所以发送要分上下字进行两次。 需要注意的是DSP串口工作时高位优先，而 RS-232传输时低位优先，因此我们必须通过软件调整接收和发送数据的顺序。图2所示是DSP在接收数据时的中断处理程序流程图[3]。 DSP FO → 电平转换 → RS232 RX DSP FI ← 电平转换 ← RS232 TX 中断服务程序分接收和发送两个部分。进入中断后，程序首先判断是否有数据要发送，若没有则直接进入接收状态；若有就继续判断是否应该在这次中断发送数据位。因定时器工作于3倍的波特率，所以此定义参数TIMER_CENTREL为3，每次中断TIMER_CENTREL减1，当其为0时发送待传比特位。在接收服务程序中，首先应判断上一个接收字的停止位是否已经收到，收到就等待全部停止位接收完毕后，返回主程序；若没有收到就表明DSP正在接收数据或者等待接收新的数据。当DSP 等待接收新的数据时，不断抽样FLAG IN管脚检测数据的开始位，检测到开始位后，就在每3次中断后检测一次FLAG IN管脚，根据管脚电平高低判断接收为1为0，并根据此值构造接收数据。需要注意的是在刚刚检测到开始位的时候，为了在数据位的中间取样，应该等到第4次中断时再判断，而此后就只需等待3次中断。图3和图4分别是调用UART传送数据和中断处理时发送部分的程序流程图。发送一组数据时，为了判断前一数据字是否传送完成，在图3中每一次调用传送程序时我们加入标志位进行查询，若有数据正在处理则等待，没有则初始化相应变量，置标志位为0，表示有数据要发送，然后等待中断。在图4的发送程序中，同样先判断是否有数据要发送，若没有则直接进入接收部分[3]。4调试结果 为了验证上述方法的正确性，在ADSP2189系统中，以DSP压缩系统为硬件环境，以Visual DSP++2.0为软件环境分别采用串口和定时器的方法测试了数据传输。以定时器方式为例，设定波特率为9600，则TPERIOD和TCOUNT等于2603，TSCALE等于0。测试时将压缩结果缓冲区 DATA_OUT内数据通过RS-232接口传入PC机，然后再由PC传回DSP的接收缓冲区DATA_IN，通过在Visual DSP++编译环境下设定PLOT选项，得到如图5所示的结果。图中以输出DATA_OUT为横轴，以输入DATA_IN为纵轴，如果输入和输出之间呈线性关系，则表明DSP和PC间通信无误。由图可以看出我们的数据传输完全正确。 这两种方式都可以实现软件的UART，但不同方法对系统资源占用要求不同。采用定时器方法时，DSP必须时时检测标志位输入管脚，每发送和接收一位数据就要调用3次中断服务程序，导致处理器效率降低；采用DSP串口方法的好处是接收发送单独处理，没有定时器中断，减少了不必要的中断服务开销，同时解放了定时器，它的缺点是控制寄存器的设置以及硬件连接相对复杂。在具体应用中应该从系统的角度出发，选取合适的传送方式。 5结论 主要讨论了ADSP218X的同步串口在与计算机的异步串口通信过程中的软件设计。本方法具有一定的普遍意义，基本思想可以同样适用于其他同步串口与异步串口之间的通信。
[1] 李建华，等. RS-232和调制解调器高级通信编程[M].人民邮电出版社. [2] ADSP-218X DSP Hardware Reference ，First Edition，Analog Device[M]，2001. [3] ADSP-218X DSP Instruction Set Reference ，First Edition，Analog Device[M]，2001. [4] 苏涛,等.高性能数字信号处理器与高速实时信号处理[M]. 西安：西安电子科技大学出版社.
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