DSP虚拟I2C软件包的应用设计案例
数字信号处理器（dsp）在各领域中的应用已日趋广泛，其中ti（texas instrument）公司的tms320系列芯片占据了主导地位。tms320f206（简称f206）由于具有片内32k字的flash，支持jtag扫描端口的仿真调试，并支持程序的串行下载，便于开发设计及产品的软件升级，因而在中高档仪器开发中受到青睐。
dsp的处理速度虽然较高，但直接支持的i/o口线较少，控制能力相对较弱，因而与外部器件接口采用串行方式较为适合。常用的串行接口和串行总线有uart、i2c总线，由于i2c总线提供了较完善的总线协议，且接口电路简单，因而得到广泛的应用。目前，已有很多外围器件支持i2c接口，但多数mcu并不直接支持i2c总线，因而采用i/o口线模拟i2c的方式成为一种通用解决方案。但由于i2c总线协议的复杂性及操作管理的特殊性，仍给此类方式的开发造成了较大不便。好在文献中提出了一种按平台模式设计的、适用于80c51的虚拟i2c总线软件包，大大简化了80c51的i2c接口程序设计，使用户无需了解i2c总线协议的细节，即可实现相应的接口。文献中也给出了一种用于msp430单片机的软件包。由于dsp尚无此类软件包，为简化dsp的此类i2c接口程序设计，本文参照文献中的设计原则，设计了一种适用于tms320c2xx系列dsp开发的软件包。
1 虚拟i2c软件包的设计
根据文献中所提到的最佳包容性设计、后归一化设计、前归一化设计原则，软件包进行了如下定义。
（1）适用范围
① 适用主发送和主接收方式。i2c总线有4种工作方式：主发送、主接收、从发送、从接收。因实际dsp多工作于i2c总线的主方式，因而软件包设计为主方式。
② 适用tms320c2xx系列与i2c总线外围器件的接口，支持对外围器件n字节的读写，通信方式为对虚拟节点寻址后点对点的读写。
③ 模拟i/o口线可选择4根通用i/o口线（i/o0~ i/o4）中的任意两根。
（2）软件包结构设计
tms320c2xx系列产品，基本包括4根通用i/o口线i/o0~i/o4（由于xf仅能作为输入口线，bio仅能作为输出口线，因而暂不考虑）。它们的输入输出方向由aspcr的低4位来设定，相应口线状态的设定或读取由iosr寄存器控制。但此处dsp与80c51有所不同，口线的输入输出状态不是自动切换的，且aspcr、iosr寄存器都不支持位寻址方式，因而在进行i2c总线工作方式模拟时较为繁琐。为避免所用寄存器其它状态位的改变，需通过较多的与、或操作来改变指定i/o口线的状态，因而本软件包与80c51的虚拟i2c软件包结构稍有不同。当然，这些均在软件包内部完成，使用者不必了解具体细节，用户接口同样简单易用。
① 软件包组成。为模拟i2c总线的操作时序，软件包中包括了2个宏定义和12个子函数。
（a）时序模拟子程序
sendb--发送起始标志，启动i2c总线；senda--发送确认标志；
sendna--发送非确认标志；sende--发送结束标志。
（b）操作模拟子程序
geta--接收确认标志；sendd--发送8位数据；
getd--接收1个字节数据。
（c）数据读写子程序
wrnbyte--写入n字节；rdnbyte--读取n字节。
（d）其它宏及子函数
subsendd--根据标志位c设置模拟数据口线的状态；toggleclk--切换模拟时钟口线状态；
xdelay--延时子程序；sdainm--将模拟数据口线a配置为输入口线；
sdaoutm--将模拟数据口线配置为输出。
因dsp的工作频率一般远高于i2c总线的操作频率，因而这里需专用的延时子程序降低模拟时钟口线频率。本文所给出的源程序为f206采用40 mhz晶振时的情况，用户使用时可随实际情况调整延时时间。
② 软件包符号定义。软件包中包括如下符号定义：
vsda、vscl--分别定义了模拟数据口线和模拟时钟口线对应的屏蔽位，因dsp中对通用i/o口线的操作不能通过位操作来实现，因而仅能屏蔽位来定义，如采用io3模拟数据线、io2模拟时钟线，则可定义io3为08h、io2为04h；
ram0--为数据暂存用的临时存储单元；
rio--为用于保存i/o口线当前状态的存储单元；
sla--用于保存总线上节点地址并确定传输方向的存储单元；
numbyte--待发送或接收的字节数存储单元；
mtd--发送数据缓冲区；
mrd--接收数据缓冲区。
以上符号中ram0、rio、sla、numbyte为页内地址，与当前的页指针dp内容设置有关；mtd、mrd为绝对地址，与dp内容无关。
③ 资源占用。使用了辅助寄存器ar0、ar1、ar2、ar6、acc、aspcr、iosr等资源。
④ 应用接口。软件包将wrnbyte、rdnbyte作为唯一的出口接口，用户仅需正确设置对应储存单元的内容，调用相应子函数即可：
splk ＃slar/ slaw，sla；写入传输节点地址及传输方向
splk ＃n，numbyte ;写入待传输字节数
;若输出，设置输出缓冲区内容
call wrnbyte/rdnbyte
3 应用实例
3.1 器件相关功能简介
x1203是带时钟/日历电路和两个闹钟（报警）的低功耗cmos实时时钟芯片。提供了双埠时钟和报警寄存器，在读写操作期间也能精确工作。其工作电压从2.5~6 v均可，工作电流小于1ua。时钟使用低成本的32.768 khz晶体输入，以秒、分、时、日、星期、月和年为单位记录时间，具有闰年自动矫正功能，并对少于31天的月份自动调整；可通过设置中断标志按指定时间激活中断引脚，满足大多数用户对定时器编程的需要。该芯片引脚结构如图1所示（soic封装）。
其中scl为时钟输入端，数据随该时钟信号同步输入器件或从器件输出。此引脚上的输入缓冲器始终激活。sda端为双向引脚，用于串行数据的输入输出；具有漏极开路，可与其它漏极开路或集电极开路输出进行线“或”；需上拉电阻，与scl引脚配合，可实现400 khz的2线i2c接口。vback为备用电源输入端，用于vcc出现故障时向器件供电。是中断信号输出端，可通过设置报警寄存器按指定时间在该端产生报警信号；漏极开路，低电平有效。x1、x2分别为反相放大器的输入、输出端；可在x1端接入32.768 khz的方波基准，或在x1、x2端接入32.768 khz的石英晶振，配置成片内振荡器，在初始上电后至少有一个字节写入rtc寄存器时，时钟才开始计数。
x1203中的时钟/控制寄存器（ccr）分5部分：2个8字节报警寄存器（alarm0、alarm1），1个1字节控制寄存器，1个8字节实时时钟寄存器和1个1字节状态寄存器。通过报警寄存器可设置报警发生的时间，控制寄存器可使能或禁止报警中断信号的输出，实时时钟寄存器以bcd码存储了秒、分、时、日、星期、月和年，状态寄存器中保存了用于报警状态标志位及读写使能状态位。其中状态寄存器设置决定着数据是否能成功地写入。该寄存器如表1所列。
bat标识器件当前用vback还是用vcc工作。al1、al0标识alarm0、alarm1是否实时时钟匹配。rtcf表示实时时钟是否失效，在总电源失效后该位置1。rwel为寄存器写使能锁存，为0表示禁止，在任何写时钟/控制寄存器之前必须将该位置1。wel为写使能锁存，低表示禁止，通过该位写1、其它位写0，可使该位置位；通过该位写0、其它位写0，可使该位清0。只有按规定顺序设置rwel和wel，才能成功写入ccr。
目前，很多dsp芯片尚不直接支持i2c的接口，f206也不例外，因而这里采用2根通用i/o口线模拟i2c接口。f206与x1203的接口采用如图2所示的接口方案。
图2中在x1、x2端接入32.768 khz的石英晶振，将时钟源配置为片内振荡器。在vcc和vback之间通过二极管和电阻相连，并与地间加入1个0.47 f的大电容。这样，在电源出现故障或系统电源关闭时，仍可靠vback端的大电容供电维持时钟芯片的正常工作。它与f206间接口采用3根口线，这里采用io2模拟通信用的时钟信号，io3作为数据输入、输出口线。端可根据用户需要而定，若需要时钟芯片产生中断，可将该端接到f206的中断口线上。注意其中的sda端和端为漏极开路，必须加上拉电阻，否则不能正常通信。
3.2 x1203的读写操作
这里仅给出f206对x1203进行读写的基本流程，如图3、图4所示，分别为对时钟芯片的读、写过程。其中进行寄存器写时，须注意sr寄存器中wel和rwel的设置是否正确，即首先设置wel有效，而后将wel、rwel都置1，否则数据将不能正确写入。在写结束后，应将wel、rwel置为无效，以免产生误操作。
此外还须指出，在系统首次上电后（vback和vcc都失效后），至少有一字节写入rtc寄存器时，系统才开始工作。在实际使用中，应首先判断sr中的rtcf位是否为1，若是，表明系统为首次使用或vback和vcc都已失效，须对x1203至少进行一次写入操作，使其正常计数。
结束语
i2c总线应用已日益广泛，而其协议的复杂性和操作的特殊性又限制了推广速度。本文介绍的一种基于dsp的虚拟i2c总线软件包，简化了tms320c2xx与i2c器件间接口程序设计，用户无需了解i2c总线协议的细节，仅需通过唯一的接口界面wrnbyte/ rdnbyte即可实现相应的接口。本文还给出了一个tms320f206与时钟芯片x1203间的接口实例，介绍了软件包的使用方法，希望能供读者参考。
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1 虚拟i2c软件包的设计
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① 适用主发送和主接收方式。i2c总线有4种工作方式：主发送、主接收、从发送、从接收。因实际dsp多工作于i2c总线的主方式，因而软件包设计为主方式。
② 适用tms320c2xx系列与i2c总线外围器件的接口，支持对外围器件n字节的读写，通信方式为对虚拟节点寻址后点对点的读写。
③ 模拟i/o口线可选择4根通用i/o口线（i/o0~ i/o4）中的任意两根。
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bat标识器件当前用vback还是用vcc工作。al1、al0标识alarm0、alarm1是否实时时钟匹配。rtcf表示实时时钟是否失效，在总电源失效后该位置1。rwel为寄存器写使能锁存，为0表示禁止，在任何写时钟/控制寄存器之前必须将该位置1。wel为写使能锁存，低表示禁止，通过该位写1、其它位写0，可使该位置位；通过该位写0、其它位写0，可使该位清0。只有按规定顺序设置rwel和wel，才能成功写入ccr。
目前，很多dsp芯片尚不直接支持i2c的接口，f206也不例外，因而这里采用2根通用i/o口线模拟i2c接口。f206与x1203的接口采用如图2所示的接口方案。
图2中在x1、x2端接入32.768 khz的石英晶振，将时钟源配置为片内振荡器。在vcc和vback之间通过二极管和电阻相连，并与地间加入1个0.47 f的大电容。这样，在电源出现故障或系统电源关闭时，仍可靠vback端的大电容供电维持时钟芯片的正常工作。它与f206间接口采用3根口线，这里采用io2模拟通信用的时钟信号，io3作为数据输入、输出口线。端可根据用户需要而定，若需要时钟芯片产生中断，可将该端接到f206的中断口线上。注意其中的sda端和端为漏极开路，必须加上拉电阻，否则不能正常通信。
3.2 x1203的读写操作
这里仅给出f206对x1203进行读写的基本流程，如图3、图4所示，分别为对时钟芯片的读、写过程。其中进行寄存器写时，须注意sr寄存器中wel和rwel的设置是否正确，即首先设置wel有效，而后将wel、rwel都置1，否则数据将不能正确写入。在写结束后，应将wel、rwel置为无效，以免产生误操作。
此外还须指出，在系统首次上电后（vback和vcc都失效后），至少有一字节写入rtc寄存器时，系统才开始工作。在实际使用中，应首先判断sr中的rtcf位是否为1，若是，表明系统为首次使用或vback和vcc都已失效，须对x1203至少进行一次写入操作，使其正常计数。
结束语
i2c总线应用已日益广泛，而其协议的复杂性和操作的特殊性又限制了推广速度。本文介绍的一种基于dsp的虚拟i2c总线软件包，简化了tms320c2xx与i2c器件间接口程序设计，用户无需了解i2c总线协议的细节，仅需通过唯一的接口界面wrnbyte/ rdnbyte即可实现相应的接口。本文还给出了一个tms320f206与时钟芯片x1203间的接口实例，介绍了软件包的使用方法，希望能供读者参考。
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