第9章UART及IIC、IIS、SPI总线接口

第9章UART及IIC、IIS、SPI总线接口,2020/5/8,2,本章重点:,S3C2410AUART概述；UART操作；UART特殊功能寄存器；UART与RS-232C接口连接举例；UART与红外收发器连接举例。S3C2410AIIC总线接口概述；IIC总线接口组成与操作方式中的功能关系；IIC总线接口4种操作方式的操作流程图；IIC总线接口特殊功能寄存器；IIC总线接口程序举例。S3C2410AIIS总线接口概述；IIS总线接口组成和发送/接收方式；音频串行接口数据格式；IIS总线接口特殊功能寄存器；IIS总线接口程序举例。S3C2410ASPI总线接口概述；SPI总线接口组成和操作；SPI传输格式与DMA方式发送/接收步骤；SPI总线接口特殊功能寄存器；SPI总线接口应用举例。,2020/5/8,3,9.1UART,9.1.1UART概述UART概述位于S3C2410A芯片内部的通用异步收发器（UART）提供了三个独立的异步串行I/O（SerialI/O，SIO）端口（或通道）。每个端口能够基于中断或基于DMA方式操作。换句话说，UART能够产生中断或DMA请求，用来在CPU（或内存）与UART之间传输数据。,2020/5/8,4,使用系统时钟时，UART能够支持位传输速率最高达到230Kbps。如果外设为UART提供时钟UEXTCLK，那么UART能够以更高的速度操作。每个UART通道含有两个16字节的FIFO（FirstInFirstOut，先进先出）寄存器，一个用于接收数据，一个用于发送数据。可以对S3C2410AUART以下参数通过编程设置：波特率；通常方式或红外（InfraRed，IR）发送/接收方式；数据格式设置：1位或2位停止位；58位数据位；奇偶校验方式。,2020/5/8,5,如图9.1所示，每个UART通道含有一个波特率发生器，一个发送器，一个接收器，一个控制单元。波特率发生器使用PCLK或UEXTCLK时钟。,2020/5/8,6,图9.1UART框图,2020/5/8,7,发送器和接收器各有一个16字节的FIFO（即缓冲区）寄存器和移位器。在FIFO方式，要发送的数据先写入FIFO寄存器，然后复制到发送移位器，通过发送数据引脚TxDn移位输出；而接收数据从接收数据引脚RxDn输入并移位，然后从接收移位器复制到FIFO寄存器。在非FIFO方式，要发送的数据先写入发送保持寄存器，然后复制到发送移位器，通过TxDn引脚移位输出；要接收的数据通过RxDn引脚输入并移位，然后从移位器复制到接收保持寄存器。在FIFO方式，每个缓冲区寄存器的全部16字节用作FIFO寄存器。在非FIFO方式，仅仅每个缓冲区寄存器中的1字节用作保持寄存器。,2020/5/8,8,S3C2410A中的UART有以下特点：三个端口中每个端口的数据发送/接收可以基于中断或基于DMA方式操作，也可以基于查询方式操作；UART通道0、1和2支持红外通信协议IrDA1.0；UART通道0和1带有nRTS0、nCTS0、nRTS1和nCTS1。,2020/5/8,9,UART使用的引脚信号RxD2:0：UART接收数据输入；TxD2:0：UART发送数据输出；nCTS1:0：UART清除发送输入信号；nRTS1:0：UART请求发送输出信号；UEXTCLK：UART时钟信号，由外部UART设备或系统提供。,2020/5/8,10,9.1.2UART操作,UART操作包括：数据发送数据接收自动流控制中断/DMA请求产生错误状态FIFO波特率发生器红外方式,2020/5/8,11,数据发送发送数据帧格式是可编程的。一帧数据由1位起始位，58位数据位，1位可选择的奇偶校验位和1位或2位停止位组成。数据接收与数据发送格式一样，可编程。接收器能够检测溢出错误（overrunerror）和帧错误（frameerror）。接收超时条件出现，指示当接收器在（接收）3个字的时间内没有接收到任何数据，并且在FIFO方式Rx（接收）FIFO不空。,2020/5/8,12,自动流控制S3C2410A的UART0和UART1使用nRTS和nCTS信号，支持自动流控制（AutoFlowControl，AFC）。非自动流控制（由软件控制nRTS和nCTS）RS-232C接口如果用户要通过RS-232C连接UART到调制解调器接口，nRTS、nCTS、nDSR、nDTR、nDCD和nRI信号是需要的，但是UART不支持这么多的信号。在这种情况下，用户应该使用通用I/O端口（GPIO），由软件控制产生这些信号。,2020/5/8,13,中断/DMA请求产生S3C2410A每个UART有5种状态信号，溢出错误、帧错误、接收缓冲区数据准备好、发送缓冲区空和发送移位器空，它们由对应的UART状态寄存器UTRSTATn和UERSTATn表示。与FIFO有关的中断见表9-1(P297)。,2020/5/8,14,UART错误状态FIFO除了接收FIFO，UART还有错误状态FIFO。错误状态FIFO指示，在接收FIFO中哪一个数据接收时有错误。只有当有错误的数据准备读出时，错误中断将被发出。带有错误的字符在未被读出时，不产生错误中断，如表9-2和图9.3(P298)所示。,2020/5/8,15,波特率发生器每个UART通道的波特率发生器（baudrategenerator），为发送器和接收器提供连续的时钟信号。用于波特率发生器的源时钟（sourceclock）可以选择S3C2410A的内部系统时钟PCLK，或由外部UART设备、系统，通过S3C2410A引脚UEXTCLK引入，方法是通过UCONn寄存器的时钟选择位UCONn10选择。波特率时钟可以通过对源时钟（PCLK或者UEXTCLK）16分频和对在UART波特率系数寄存器（UBRDIVn）中的16位分频数设置得到。,2020/5/8,16,回送方式（loopbackmode）UART提供的测试方式，用于在通信连中隔离故障。TxD发送的数据经由RxD被接收到接收器。允许处理器校验每个串口内部发送和接收的数据通路。由UART控制寄存器UCONn设置回送方式位指定。,2020/5/8,17,红外方式S3C2410AUART模块支持红外（InfraRed，IR）方式发送和接收数据，可以在UART线控制寄存器ULCONn中通过设置红外方式位指定。图9.4给出了红外方式功能模块图。,2020/5/8,18,在红外方式，当发送数据位是0时，发送脉冲宽度是通常方式（非红外方式）串行发送一位时长的3/16。在红外接收方式，接收器必须检出这个3/16的脉冲，并识别作为0，详见图9.5图9.7(P299-300)。,2020/5/8,19,9.1.3UART特殊功能寄存器,UART线控制寄存器UART的3个通道各有1个线控制寄存器，分别是ULCON0、ULCON1和ULCON2，对应地址是0 x50000000、0 x50004000和0 x50008000，可读写，Reset值均为0 x00，推荐使用值为0 x3，具体含义见表9-3。,2020/5/8,20,表9.3UART行控制寄存器的位功能,2020/5/8,21,UART控制寄存器,UART的3个通道各有1个控制寄存器，分别是UCON0、UCON1和UCON2，对应地址是0 x50000004、0 x50004004和0 x50008004，可读写，Reset值均为0 x00，推荐使用值为0 x245，具体含义见表9-4。,2020/5/8,22,2020/5/8,23,2020/5/8,24,UARTFIFO控制寄存器,UART的3个通道各有1个FIFO控制寄存器，分别是UFCON0、UFCON1和UFCON2，对应地址是0 x50000008、0 x50004008和0 x50008008，可读写，Reset值均为0 x00，推荐使用值为0 x0，具体含义见表9-5。,2020/5/8,25,表9.52410A的UARTFIFO控制寄存器（UFCONn）的位功能,2020/5/8,26,表9.52440A的UARTFIFO（64Byte）控制寄存器（UFCONn）的位功能,2020/5/8,27,UART调制解调器控制寄存器（UMCONn）,UMCON0和UMCON1是UART通道0和通道1的调制解调器控制寄存器，地址分别是0 x5000000C和0 x5000400C，可读写，Reset值均为0 x00，具体含义见表9-6。另外，地址为0 x5000800C的寄存器保留。,2020/5/8,28,表9.6UARTModem控制寄存器（UMCONn）的位功能,2020/5/8,29,UART发送/接收状态寄存器,UTRSTAT0、UTRSTAT1和UTRSTAT2分别是UART通道0、通道1和通道2的发送和接收状态寄存器，对应地址是0 x50000010、0 x50004010和0 x50008010，只读，Reset值均为0 x6，具体含义见表9-7。,2020/5/8,30,UART（接收）错误状态寄存器,UART的3个通道各有1个（接收）错误状态寄存器，分别是UERSTAT0、UERSTAT1和UERSTAT2，对应地址是0 x50000014、0 x50004014和0 x50008014，只读，Reset值均为0 x0，具体含义见表9-8。,2020/5/8,31,UARTFIFO状态寄存器,UART的3个通道各有1个UARTFIFO状态寄存器，分别是UFSTAT0、UFSTAT1和UFSTAT2，对应地址是0 x50000018、0 x50004018和0 x50008018，只读，Reset值均为0 x0000，具体含义见表9-9。,2020/5/8,32,UART调制解调器状态寄存器,UART通道0和通道1各有1个UART调制解调器状态寄存器，分别是UMSTAT0和UMSTAT1，对应地址是0 x5000001C和0 x5000401C，只读，Reset值均为0 x0，具体含义见表9-10和图9.8。另外，地址为0 x5000801C的寄存器保留。,2020/5/8,33,UART发送缓冲区寄存器（发送保持寄存器与发送FIFO寄存器）,UART发送缓冲区寄存器，在禁止使用FIFO方式，仅仅把缓冲区的1字节用作发送保持寄存器；在允许使用FIFO方式，缓冲区全部16字节用作发送FIFO寄存器。在表9-5中，如果UFCONn0=0，禁止使用FIFO，由处理器送来的8位发送数据，保存到发送保持寄存器。如果UFCONn0=1，允许使用FIFO，由处理器送来的8位发送数据，保存到发送FIFO寄存器。UART通道0、通道1和通道2各有1个发送缓冲区寄存器，分别是UTXH0、UTXH1和UTXH2，具体内容见表9-11。UTXHn中位7:0称为TXDATAn域。,2020/5/8,34,UART接收缓冲区寄存器（接收保持寄存器与接收FIFO寄存器）,UART接收缓冲区寄存器，在禁止使用FIFO方式，仅仅把缓冲区的1字节用作接收保持寄存器；在允许使用FIFO方式，缓冲区全部16字节用作接收FIFO寄存器。在表9-5中，如果UFCONn0=0，禁止使用FIFO，UART接收到的数据保存在接收保持寄存器。如果UFCONn0=1，允许使用FIFO，UART接收到的数据保存在接收FIFO寄存器。UART通道0、通道1和通道2各有1个接收缓冲区寄存器，分别是URXH0、URXH1和URXH2，具体内容见表9-12。URXHn中位7:0称为RXDATAn域。,2020/5/8,35,UART波特率分频寄存器,UART的3个通道各有1个波特率分频寄存器，分别是UBRDIV0、UBRDIV1和UBRDIV2，用于确定每个通道的发送/接收波特率，具体含义见表9-13。UBRDIVn的值可以利用下面的表达式确定：UBRDIVn=（int）（PCLK/（bps16）1式中，分频数值在12161之间。对于精确的UART操作，S3C2410A也支持对UEXTCLK进行分频。如果S3C2410A使用由外部的DART设备或系统提供的UEXTCLK信号，那么UART的连续的时钟将严格与UEXTCLK同步。用户可以得到更精确的UART操作。,2020/5/8,36,UBRDIVn的值可以利用下面的表达式确定：UBRDIVn=（int）（UEXTCLK/（bps16）1式中，分频数值在12161之间，并且UEXTCLK应该小于PCLK。例如，如果波特率是115200bps，PCLK或者UEXTCLK是40MHz，UBRDIVn的值为：UBRDIVn=（int）（40000000/（11520016）-1=（int）（21.7）-1=21-1=20,2020/5/8,37,9.1.4UART与RS-232C接口连接举例,RS-232C接口简介RS-232C接口简称RS-232C。RS-232C标准是由美国EIA（电子工业联合会）与BELL公司共同开发并于1969年公布的一个串行通信协议。这个协议适合于数据传输速率比较低的场合。协议规定了信号线的功能和电气特性等内容。RS-232C接口目前广泛地用于PC机、嵌入式系统和外部设备之间短距离、低速度的通信中。,2020/5/8,38,协议规定了TxD（TransmittedData，发送数据）RxD（ReceivedData，接收数据）数据信号线逻辑0的电平为+5V+15V，逻辑1的电平为-5V-15V，即使用负逻辑表示。DTR：数据终端就绪。DSR：数据设备就绪。RTS：请求发送。CTS：允许发送或清除发送。DCD：载波检测。RI：振铃提示。,2020/5/8,39,UART与RS-232C连接举例S3C2410A的UART0与MAX3232、MAX3232与DB-9连接见图9.12。,2020/5/8,40,图9-10DB9连接器,2020/5/8,41,图9.12UART0与MAX3232与DB9连接,2020/5/8,42,UART编程举例,对于图9.12，UART初始化、读UART、写UART等程序部分代码见例9.1。程序中开始部分定义了UART特殊功能寄存器的地址和寄存器中的一些位（或域）。例9.1中对于设置GPIO端口和中断处理，没有列出全部程序，重点是对UART的编程。【例9.1】S3C2410AUART通道0、1、2初始化，等待发送移位器空，查询方式得到一个字符和发送一字节的程序。(参考书P308-310),2020/5/8,43,1.初始化操作,参数pclk为时钟源的时钟频率，band为数据传输的波特率，初始化函数Uart_Init（）的实现如下：voidUart_Init(intpclk，intbaud)inti;if（pclk=0）pclkPCLK;Switch(nchannel)caseUART0：/UART0rUFCON0=0 x0;/UART0FIFO控制寄存器，FIFO禁止rUMCON0=0 x0;/UART0MODEM控制寄存器，AFC禁止rULCON00 x3;/行控制寄存器：正常模式，无奇偶校验，1位停止位，8位数据位rUCON00 x245;/控制寄存器rUBRDIV0=(int)(pclk/16/baud+0.5)-1);/波特率因子寄存器break;caseUART1：./UART1caseUART2：./UART2default:break;for（i0;i100;i+）;,2020/5/8,44,2.发送数据,其中whichUart为全局变量，指示当前选择的UART通道，使用串口发送一个字节的代码如下：voidUart_SendByte（intdata）if（whichUart=0）if（data=n）while（！（rUTRSTAT00 x2）；Delay（10）；/延时，与终端速度有关WrUTXH0（r）；while(!(rUTRSTAT00 x2)；/等待，直到发送状态就绪Delay（10）；WrUTXH0（data）；,2020/5/8,45,elseif（whichUart=1）if（data=n）while（!(rUTRSTAT10 x2)）；Delay（10）；/延时，与终端速度有关rUTXH1=r；while(!(rUTRSTAT10 x2)；/等待，直到发送状态就绪Delay（10）；rUTXH1data；,2020/5/8,46,elseif（whichUart=2）if（data=n）while（！（rUTRSTAT20 x2）；Delay（10）；/延时，与终端速度有关rUTXH2r；while(！(rUTRSTAT20 x2)；/等待，直到发送状态就绪Delay（10）；rUTXH2data；,2020/5/8,47,3.接收数据,如果没有接收到字符则返回0。使用串口接收一个字符的代码如下：charUart_GetKey（void）if（whichUart0）if（rUTRSTAT00 x1）/UART0接收到数据returnRdURXH0（）；elsereturn0；elseif（whichUart=1）if（rUTRSTAT10 x1）/UART1接收到数据returnRdURXH1（）；elsereturn0；elseif（whichUart=2）if（rUTRSTAT20 x1）/UART2接收到数据returnRdURXH2（）；elsereturn0；elsereturn0；,2020/5/8,48,9.1.5UART与红外收发器连接举例,红外通信概述红外通信以红外线作为信息的载体进行数据传输，适合于短距离、点对点、直线式数据传输。红外通信技术在嵌入式系统有着比较广泛的应用。红外通信利用波长850nm900nm之间的红外线作为信息的载体进行通信。红外通信技术将二进制数调制成脉冲序列，驱动红外线发射管向外发射红外光；而接收端则将收到的红外光脉冲信号转换成电信号，再进行放大、滤波、解调后还原成二进制数。,2020/5/8,49,典型的红外数据传输模块由4部分组成：接口电路、编/解码器、发送器和接收器。S3C2410AUART接口电路中包含了编/解码器，见图9.4图9.7，实现了信号的调制和解调。红外发送和接收器可以做成一个器件，简称红外收发器。红外通信按发送速率可以分为SIR（SerialInfraRed）、MIR（MediumInfraRed）、FIR（FastInfraRed）和VFIR（VaryFastInfraRed）方式。其中SIR方式通信速率较低，最高速率为115.2Kbps，支持异步、半双工方式，通常依托UART接口。其他三种方式传输速率较高。,2020/5/8,50,IrDA1.0是一个红外通信协议，IrDA（InfraredDataAssociation，红外数据协会）协议规定了红外传输的距离为1m，速率为9.6115.2Kbps，响应角度为15，响应时间为10ms等内容。,2020/5/8,51,UART与红外收发器的连接S3C2410AUART2与红外收发器的连接见图9.13(P311)。支持红外方式的UART编程举例对于图9.13，例9.2给出了对应的初始化、发送一字节和接收一字节的程序片段。由于采用半双工方式，数据的收、发之间加了一定间隔的延时。,2020/5/8,52,【例9.2】支持红外方式的UART编程举例。初始化UART发送一字节程序接收一字节程序(见参考书P312),2020/5/8,53,9.2IIC总线接口,9.2.1IIC总线接口概述常用IIC总线接口概述IIC（IntelIntegratedCircuit）总线一般称为内部集成电路总线，也写作I2C或I2C。IIC总线是20世纪80年代初由飞利浦公司发明的一种双向同步串行总线，是目前较为常用的一种串行总线。总线接口可以做成专用芯片，也可以集成在微处理器内部，如S3C2410A微处理器内部就集成了IIC总线模块。IIC总线可以与许多设备连接，如图9.14所示。,2020/5/8,54,图9.14,2020/5/8,55,IIC总线数据传送速率在标准模式下为100Kb/s；快模式下为400Kb/s；高速模式下为3.4Mb/s。IIC总线仅有两条信号线：SDA（SerialDataLine，串行数据线）是数据信号线，SCL（SerialClockLine，串行时钟线）是时钟信号线，另外设备之间还要连接一条地线，图9.14中未画出地线。与IIC总线连接的设备，使用集电级/漏级开路门电路，以“线与”（Wired-AND）方式分别连接到SDA、SCL线上，SDA和SCL线要外接上拉电阻，如图9.14所示。,2020/5/8,56,连接到IIC总线上的设备可以分为总线主设备和总线从设备。总线主设备是能够发起传送，发出从设备地址和数据传送方向标识、发送或接收数据、能够产生时钟同步信号、能够结束传送的设备。总线主设备也称总线主、主设备。总线从设备是能被主设备寻址、接收主设备发出的数据传送方向标识、接收主设备送来的数据，或者给主设备发送数据的设备。总线从设备也称从设备。,2020/5/8,57,IIC总线是一个真正的多主（multi-master）总线，总线上可以连接多个总线主设备，也可以连接多个总线从设备，如图9.15所示。,2020/5/8,58,每一个连接在IIC总线上的设备，在系统中都被分配了一个唯一的地址。地址用7位二进制数表示。扩展的IIC总线允许使用10位地址。设备地址用7位表示时，地址为0000000的一般用于发出通用呼叫，也称总线广播。IIC总线被设计成多主总线结构，多个主设备中的任何一个，可以在不同时刻起到主控设备的作用，因此不需要一个全局的主控设备在SCL上产生时钟信号。只有传送数据的主设备驱动SCL。当总线空闲时，SDA和SCL同时为高电平。,2020/5/8,59,IIC多主总线接口中含有冲突检测机制，保证了多个主设备同时要求发送数据时，只能有一个主设备占有总线，不会造成数据冲突。,2020/5/8,60,S3C2410A微处理器IIC总线接口特点在多主IIC总线模式，多个S3C2410A微处理器中的每一个，能够接收由从设备发送来的串行数据，或发送串行数据给从设备。主S3C2410A能够启动或停止IIC总线的数据传送。在S3C2410A中，标准的总线仲裁过程用于IIC总线。当IIC总线空闲时，SDA和SCL两条线都应该是高电平。,2020/5/8,61,当SCL稳定在高电平，SDA从高电平变到低电平，能够启动开始条件；而SDA从低电平变到高电平能够启动停止条件，参见图9.18。开始和停止条件总是由主设备产生。开始条件之后总线上传送的第一字节数据中的7位是地址值，能够确定总线主设备所选择的从设备，另外一位确定传送的方向是读还是写，参见图9.19。,2020/5/8,62,送到SDA线上的每个数据以字节为单位，为8位。在总线传送期间发送或接收的字节数没有限制。数据先从最高有效位（Most-SignificantBit，MSB）发送，每一字节之后应该立即被跟随一个响应（ACKnowledge，ACK）位，参见图9.19(P317)。,2020/5/8,63,IIC总线接口用到的S3C2410A引脚信号IICSDA，IIC总线数据；IICSCL，IIC总线时钟。,2020/5/8,64,9.2.2IIC总线接口组成与操作方式中的功能关系,IIC总线接口组成框图S3C2410A微处理器IIC总线接口组成框图见图9.17。SDA数据线和SCL时钟线也称为IICSDA和IICSCL。PCLK为系统时钟信号。S3C2410A微处理器IIC总线数据传送速率支持标准模式和快模式。,2020/5/8,65,图9.17,2020/5/8,66,IIC总线接口操作方式中的功能关系S3C2410A微处理器IIC总线接口有4种操作方式，分别是主/发送方式、主/接收方式、从/发送方式和从/接收方式。开始和停止条件数据传送格式ACK信号传送读写操作总线仲裁过程中止条件（abortcondition）配置IIC总线,2020/5/8,67,9.2.3IIC总线接口4种操作方式,S3C2410A微处理器IIC总线接口有4种操作方式：主/发送方式；主/接收方式；从/发送方式；从/接收方式。,2020/5/8,68,在IIC发送（Tx）或接收（Rx）操作之前，必须按以下步骤执行：如果需要，由处理器写自己的从地址到IICADD寄存器。设置IICCON寄存器：中断允许；定义SCL周期。设置IICSTAT，允许串行输出。,2020/5/8,69,在主/发送方式时，首先要指定从地址，即接收方（从设备）的地址，这个地址要由主设备发送出去，传送到从设备，所以在主/发送方式时，首先要由处理器将从地址写入IIC总线发送/接收数据移位寄存器IICDS中。,2020/5/8,70,在从/接收方式时，IIC总线地址寄存器IICADD内容，是由处理器写入的，并且在从设备中保存的，是从设备自己的地址。当处在从/接收方式的设备，从IIC总线收到从地址时，保存在IICDS寄存器中，与自己的IICADD寄存器中的从地址比较，判断收到的地址是否是自己的地址。如果是，该从设备接收由主设备发送来的数据。,2020/5/8,71,在多主IIC总线系统中，主设备也可以处在接收方式，因此要指定的从地址是从设备发送方的地址，这个地址要由主设备发送出去，传送到从设备，所以在主/接收方式时，从地址要写入IIC总线发送/接收数据移位寄存器IICDS中。当处在从/发送方式的设备，收到这个地址时，保存在IICDS寄存器中，要与IICADD寄存器中自己的地址比较，判断收到的地址是否是自己的地址，如果是，从设备发送数据，主设备接收数据。,2020/5/8,72,主/发送方式操作主/发送方式也写作M/T，发送也写作Tx。主/发送方式操作见图9.22(P319)。主/接收方式操作主/接收方式也写作M/R，接收也写作Rx。主/接收方式操作见图9.23(P320)。,2020/5/8,73,从/发送方式操作从/发送方式也写作S/T，发送也写作Tx。从/发送方式操作见图9.24(P321)。从/接收方式操作从接收方式也写作S/R，接收也写作Rx。从/接收方式操作见图9.25(P321)。,2020/5/8,74,9.2.4IIC总线接口特殊功能寄存器,多主IIC总线控制寄存器多主IIC总线控制寄存器IICCON地址为0 x54000000，可读写，8位，Reset值为0 x0 x，（低4位未定义）具体含义见表9-15。多主IIC总线控制/状态寄存器多主IIC总线控制/状态寄存器IICSTAT地址为0 x54000004，可读写，8位，Reset值为0 x00，具体含义见表9-16。,2020/5/8,75,多主IIC总线地址寄存器多主IIC总线地址寄存器IICADD，地址为0 x54000008，可读写，8位，Reset值不确定，具体含义见表9-17。多主IIC总线发送/接收数据移位寄存器多主IIC总线发送/接收数据移位寄存器IICDS，地址为0 x5400000C，可读写，8位，Reset值不确定，具体含义见表9-18。,2020/5/8,76,9.2.5IIC总线接口程序举例,【例9.3】以下是Linux操作系统对IIC总线操作的部分程序实例，包括初始化、IIC读和IIC写等函数。程序部分从IIC读、IIC写开始阅读。(见参考书P323-327),2020/5/8,77,9.3IIS总线接口,9.3.1IIS总线接口概述常用IIS总线接口概述目前许多数字电子产品，如便携式CD机、手机、MP3、MD、VCD、DVD和数字电视机等，都使用了数字音频系统。IIS（Intel-ICSound）总线一般称为集成电路内部声音总线，也写作I2S。IIS总线源于SONY和PHILIPS等公司共同提出的一个串行数字音频总线协议，许多音频编解码器（CODEC）和微处理器都提供了对IIS总线的支持。IIS总线只传送音频数据，其他信号（如控制信号）必须另外单独传送。,2020/5/8,78,为了尽可能减少芯片引脚数，通常IIS只使用3条串行总线（不同芯片可能会有所不同），3条线分别是：提供分时复用功能的数据线SD，SD传送数据时由时钟信号同步控制，且以字节为单位传送，每字节的数据传送从左边的二进制位MSB开始；字段选择线WS，WS为0或1表示选择左声道或右声道；时钟信号线SCK，能够产生SCK信号的设备称为主设备，从设备引入SCK作为内部时钟使用。IIS总线接口支持通常的IIS和MSB_justified（MSB调整IIS）两种数据格式。,2020/5/8,79,S3C2410A微处理器IIS总线接口概述S3C2410A内部集成了IIS总线接口模块，图9.26是S3C2410A与PHILIPS公司数字音频串行输入/输出接口芯片UDA1341TS连接的一个例子。,2020/5/8,80,图9.26中UDA1341TS是一个低成本、小尺寸、低功耗、高性能的立体声音频编解码器，支持IIS和L3两种接口。片内有音频数据用的A/D转换器和D/A转换器。芯片提供了两个麦克风输入通道，分别连接到VINL1和VINR1、VINL2和VINR2引脚。芯片提供了一路输出，通过VOUTR和VOUTL与扬声器连接。片内配置了可编程增益放大器和自动增益控制器，扬声器音量可以编程调节或进入静音状态；在ADC路径上，还提供了可编程滤波器、混频器等。,2020/5/8,81,图9.26中S3C2410A与UDA1341TS的连线由两组接口组成。一组是IIS总线接口，在S3C2410A端信号是：CDCLK（CODEC系统时钟）；I2SSCLK（IIS总线串行时钟）；I2SLRCK（IIS总线声道选择时钟）；I2SSDI（IIS总线串行数据输入）；I2SSDO（IIS总线串行数据输出）。,2020/5/8,82,另一组是L3总线接口在S3C2410A端在UDA1341TS端GPG10L3DATA（L3总线数据，输入/输出）GPG8L3MODE（L3总线模式，输入）GPG9L3CLOCK（L3总线时钟，输入）。,2020/5/8,83,音频数据传送过程可以简单描述为：处理器通过IIS总线接口，控制音频数据在S3C2410A内存与UDA1341TS之间传送。连接在UDA1341TS上的麦克风信号在UDA1341TS内部经过A/D转换器等，转换成二进制数，串行通过DATAO引脚送到S3C2410A的IIS模块，在IIS模块中数据转换成并行数据，然后使用通常存取方式或DMA存取方式，将并行数据保存在内存中；而内存中要输出的音频数据，使用通常存取方式或DMA存取方式，将数据并行传送到IIS模块，在IIS模块中转换成串行数据，串行通过DATAI引脚送到UDA1341TS，在片内经过D/A转换器等，变成模拟信号，经过驱动器等，驱动扬声器。,2020/5/8,84,S3C2410A中传送方式的选择、串行数据接口格式、发送/接收方式的选择等都可以通过IIS接口控制器的寄存器设置。L3接口用来传送控制信号，控制外部编解码器，相当于混音器控制接口。L3接口可以对麦克风输入、扬声器输出的音频信号音量大小等进行控制。L3接口连接在S3C2410A的3个通用输入输出引脚上，S3C2410A利用这3个I/O端口引脚模拟L3总线的全部时序和协议。L3总线时钟不是连续时钟，只有数据线上有数据时，它才会发出8个周期的时钟信号，其他时间保持高电平。,2020/5/8,85,L3传送模式有两种，地址模式和数据传送模式。地址模式用于确定数据传送的目的寄存器，而数据传送模式只进行控制数据的传送。,2020/5/8,86,9.3.2IIS总线接口组成和发送/接收方式,IIS总线接口组成框图S3C2410A微处理器IIS总线接口组成框图见图9.27。,2020/5/8,87,在图9.27中，BRFC表示总线接口、寄存器组和状态机。总线接口逻辑和FIFO存取由状态机控制。IPSR_A和IPSR_B是两个5位的预分频器。一个用于IIS总线接口的主时钟发生器，另一个用于外部CDCLK时钟发生器。发送数据时，数据被写入TxFIFO；接收数据时，从RxFIFO读出数据。TxFIFO和RxFIFO长度各为64字节。SCLKG称为主I2SSCLK产生器，在主方式时，串行位时钟由主时钟产生。CHNC表示声道发生器和状态机。由声道状态机产生并控制I2SSCLK和I2SLRCK。SFTR表示16位移位寄存器。在发送方式，并行数据被移位串行输出；在接收方式，串行数据移位输入形成并行数据。,2020/5/8,88,IIS总线接口发送/接收方式只发送或只接收方式只发送或只接收方式可以采用通常（normal）传送方式或DMA传送方式。通常传送方式DMA传送方式同时发送和接收方式在这种方式下，IIS总线接口能同时发送和接收数据。,2020/5/8,89,9.3.3音频串行接口数据格式,IIS总线格式与S3C2410A连接的IIS总线中，除了系统时钟CDCLK外的4条线，分别是串行数据输入I2SSDI、串行数据输出I2SSDO、左右声道选择时钟I2SLRCK和串行时钟I2SSCLK。能够产生I2SLRCK和I2SSCLK信号的设备是主设备。,2020/5/8,90,串行数据以2的补码形式传送，先传送MSB。先传送MSB是由于发送器和接收器可能有不同的字长。发送器无需知道接收器能够处理的位数，接收器也无需知道发送器发送的位数。,2020/5/8,91,当系统的一个字的长度比发送器的一个字的长度更长时，系统的数据中的每个字的低有效位被截掉（低有效位数据被设置为0），作为发送数据。如果接收器收到的位数，比接收器一个字的长度更长时，接收器LSB（LeastSignificantBit，最低有效位）以后的位被忽略。如果接收器收到的位数比它的字的长度短，那么缺省的位在内部被置为0。最高有效位有固定的位置，而最低有效位取决于字长。在I2SLRCK改变后经过1个时钟周期之后，发送器发送下一个字的最高有效位，见图9.28。,IIS-BUSFORMAT(N=8or16),2020/5/8,92,MSB-JustifiedFORMAT(N=8or16),2020/5/8,93,2020/5/8,94,左右声道选择线指示正在传送的数据所在的声道。I2SLRCK能够在串行时钟信号的后沿或前沿改变，而它的长度不需要对称。在从设备，I2SLRCK信号在时钟信号的前沿被锁存。I2SLRCK在最高有效位被传送的前一个周期改变。MSB（LEFT）JUSTIFIED数据格式,2020/5/8,95,采样频率和主时钟举例音频系统时钟，即图9.27中的CDCLK，也称为CODEC时钟或CODECLK，它的频率为采样（samplingfrequency，简称fs）频率的256倍或384倍。CODECLK是由处理器主时钟PCLK经过预分频器IPSR_B，预分频后得到。预分频器的值，在IISPSR寄存器的bit4:0中设置。CODECLK与采样频率对应关系见表9-19。串行位时钟（I2SSCLK）的频率，可以选择采样频率的16、32、48倍，参考表9-20。,IISLRCK与CODECLK的关系如表919所示，表中fs为采样频率,2020/5/8,96,可用的串行位时钟频率如表9-20,2020/5/8,97,2020/5/8,98,9.3.4IIS总线接口特殊功能寄存器,利用S3C2410AI2S总线接口实现音频录放，需要对S3C2410AI2S总线接口的相关寄存器进行正确的配置。IIS控制寄存器IISCONIIS模式寄存器IISMODIIS分频因子寄存器IISPSRIIS队列控制寄存器IISFCONIIS队列寄存器IISFIFO,99,表1IISCON的位功能,100,表2IISMOD的位功能,101,表3IISPSR的位功能,IISPSR（I2S前置分频寄存器）,102,表6.6.5IISFCON的位功能,IISFCON（IISFIFO控制寄存器）,IISFIFO（IISFIFO寄存器）是一个可读写的寄存器，16位。该寄存器有2个地址：0 x55000010（小端半字、小端字、大端字）和0 x55000012（大端半字）。复位后的初始值为0 x0。该寄存器为I2S总线接口发送和接收数据。,2020/5/8,103,2020/5/8,104,9.3.5IIS总线接口程序举例,以下程序是对IIS总线接口进行测试的部分代码。与图9.26不同的是，L3接口与S3C2410A连接的引脚没有使用GPG10、GPG8和GPG9，而是使用了GPB3、GPB2和GPB4。下述测试程序将内存DMA2缓冲区的数据，送往IIS总线接口FIFO，填充DMA2缓冲区的过程在本程序被忽略。测试程序还用到了UART和外部中断EINT0，作一些辅助操作，与这部分相关的代码没有详细列出。另外，如何通过L3接口模拟L3总线的全部时序和协议，与音频技术处理关系密切，不在这里讨论。【例9.4】IIS总线接口测试部分代码。(见参考书),staticvoidIIS_PortSetting(void)/-/PORTBGROUP/Ports:GPB4GPB3GPB2/Signal:L3CLOCKL3DATAL3MODE/Setting:OUTPUTOUTPUTOUTPUT/9:87:65:4/Binary:01,0101/-rGPBUP=rGPBUP/GPE4:0=I2SSDO:I2SSDI:CDCLK:I2SSCLK:I2SLRCK,105,端口初始化,IIS采用DMA方式进行录音和播放，因此需要进行DMA中断的注册。pISR_DMA2=（unsigned）DMA2_Done;进入中断服务程序，清楚标志位Void_irqDMA2_Done(void)rSRCPND=BIT_DMA2;rINTPND=BIT_DMA2;,2020/5/8,106,DMA中断注册,rDISRC2=(int)rec_buf;/recbuf0 x3100000rDISRCC2=(01)+(00);/AHB,incrDIDST2=(U32)IISFIFO;/IIS_bufferrDIDSTC2=(11)+(10);/APB,fixedrDCON2=(131)+(030)+(129)+(028)+(027)+(024)+(123)+(022)+(120)+(sise/2);rDMASKTRIG2=(02)+(11)+0;/no-stop,DMA2channelon,no-swtrigger,2020/5/8,107,DMA2初始化,IIS初始化,staticvoidStartPlay(void)SetPlayDma();rIISPSR=CodecParaPlayStatus.FsIdx.PreScaler;rIISCON=(15)+(04)+(03)+(12)+(11);/TxDMAenable5,Rxidle2,Prescalerenable1rIISMOD=(08)+(26)+(05)+(14)+(13)+(02)+(10);rIISFCON=(115)+(113);,2020/5/8,108,rIISCON|=0 x1;While(!Uart_GetKey();,2020/5/8,109,停止DMA和IIS,启动IIS,Delay(10);rIISCON|=0 x0;rDMASKTRIG2=(12);rIISFCON=0 x0;,2020/5/8,110,9.4SPI总线接口,9.4.1SPI总线接口概述常用SPI总线接口概述SPI（SerialPeripheralInterface）一般称为串行外设接口，是Motorola在其MC68HCxx微处理器系列中定义的一种标准接口，实现了一个串行同步协议，目前在嵌入式系统中得到了广泛的应用。SPI采用同步、全双工串行传输技术，业内也称为同步串行总线接口。,2020/5/8,111,SPI允许计算机与计算机、微处理器与外设之间串行同步通信。可以与SPI通信的外设有：ADC、DAC、LCD、LED、外置闪存、网络控制器等等。另外还有许多厂家生产的多种标准外围器件可以与SPI接口。通信时，通信双方要规定好一个为主设备，另一个（或多个）为从设备。主设备也允许选择工作在主方式或从方式。当带有SPI接口的两个计算机之间通信时，通常每个计算机的SPI允许选择使用主方式或从方式。,2020/5/8,112,计算机与计算机、微处理器与外设使用SPI总线连接举例见图9.29和图9.30。,图9.29,2020/5/8,113,图9.30,2020/5/8,114,连接在SPI总线上的多个从设备，某一时刻只有一个，即被主设备选中的那个从设备，能与主设备通信。其他未被选中的从设备不能与主设备通信。通信中主设备和被选中的从设备使用同一个时钟，主设备创建并发送时钟信号（以下简称时钟），从设备接收时钟，主设备和从设备使用同一个时钟将数据送出和锁存。MotorolaSPI总线通常包含4条I/O线。,2020/5/8,115,nSS（SlaveSelect）：从设备选择线，信号低电平有效，由主设备发出信号，通知连接的从设备被选中，它们之间的通信通道已经被激活。当一个主设备连接多个从设备时，主设备与每个从设备要连接一条单独的nSS线，某段时间只能有一条nSS线上的信号为低电平。,2020/5/8,116,SCK（SerialClock）：串行时钟线，时钟由主设备创建、驱动并发送，从设备只能接收。主设备发送的时钟作为主、从设备数据传输的同步时钟。使用该时钟锁存串行输入线上接收到的数据位，或送出要发送的数据位到串行输出线上。,2020/5/8,117,MOSI（MasterOutSlaveIn）：主设备输出、从设备输入串行数据线，数据由主设备驱动输出，从设备接收，使用SCK同步传输。MISO（MasterInSlaveOut）：主设备输入、从设备输出