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基于DSP的串行外设通信的实现方法
摘 要：介绍了基于数字信号处理芯片TMS320F241的串行外设接口(SPI)与外设实现串行通信的方法，并以X5043为例，给出了用SPI实现电子标签功能的方法。
随着高速数字信号处理器(DSP)在信号处理和系统控制领域的广泛应用，基于DSP控制系统的可靠性和保密性问题也越来越突出。利用DSP内嵌的高速同步串行接口模块(SPI)，和Xicor公司提供的X5043芯片进行串行通信，可以很方便地提高系统的工作可靠性和保密性。
TMS320F241是TI公司TMS320F24x系列定点高速数字信号处理器(DSP)，具有高速同步串行接口模块(SPI)。Xicor公司提供的X5043芯片，可以和具有同步串行接口的DSP直接相连。本文详细介绍了SPI对X5043进行串口通信的硬件连接和软件实现方法，从而很好地提高了基于TMS320F241的某雷达控制系统的可靠性和保密性。
1 TMS320F241的串行外设接口SPI与X5043的特性
1.1 SPI的基本特性
该SPI是一种高速同步串行I/O口，一般用来实现DSP控制器之间和DSP与外围设备之间的通信。他的数据寄存器都是16b字长的，可以通过编程控制数据的字长(1～16b)，输出和接收均采用双缓冲结构，最大传输速率在主从操作模式下都为CLKOUT/4。SPI有4个引脚，分别为：SPISIMO(SPI从片输入主片输出端)，SPISOMI(SPI从片输出主片输入端)，SPICLK(SPI时钟端)和SPISTE(SPI从片使能端)。在SPI模块内有9个控制SPI操作的控制寄存器，他们决定了系统的时钟特性、数据传输速率和中断操作，保存系统传输的数据，记录SPI的工作状态，确保SPI与外设能够有效地进行串行通信。
SPI有两种操作模式：主操作模式和从操作模式。主片控制了时钟信号(SPICLK)，他可以在任何时候通过发送SPICLK信号来启动数据传输。无论是主片还是从片，数据都是在SPICLK的某个边沿移出移位寄存器，在SPICLK相反的边沿锁存在移位寄存器中，并且输出和接收数据都是同时进行的。多个从片可以捆绑接入网络，在任一时刻只有一个从片被选中，也只有一个从片可以占用SPISOMI线。
1.2 X5043的基本特性
X5043的主要特点如下：可编程的看门狗定时器，可通过程序选择看门狗定时时间；工作电压检测，当VCC低于预置的门限电压时产生复位信号；低功耗设计；518×8位串行E2PROM，写时钟速率可达1MHz；数据块锁定功能；片内偶然性的写保护功能，保护重要数据；3.3MHz的时钟速率；具有页操作模式，可对E2 PROM中的数据存储单元进行连续的读/写操作。
8脚封装的X5043引脚有：片选端CS，串行数据输出端SO，串行数据输入端SI，写保护输入端WP,串行时钟输入端SCK，复位信号输出端RESET，正电源输入端VCC和电源地端VSS。用＋5V电源供电。X5043把看门狗定时器、工作电压监测和E2PROM三大功能集于一身，从而可以实现对系统的软件复位、硬件复位和电子标签的读/写。
X5043内含一个8b指令寄存器和一个8b的状态寄存器。其指令有6个：WREN(写允许)，WRDI(写禁止)，RSDR(读状态寄存器)，WRSR(写状态寄存器)，READ(读数据)，WRITE(写数据)。状态寄存器的格式如下：
WD1，WD0是看门狗定时位，为非易失性位，用于选择不同的定时时间。BL1，BL0是存储器块保护位，为非易失性位，用来选择需要保护的存储器阵列，选定保护的块只能读不能写。WEL是“写使能”锁存器状态位，为只读位。为“1”时，“写使能”置位；为“0”时，“写使能”复位。WIP是片内写操作状态位，为只读位。若WIP为“1”，说明片内写操作正在进行，此时不能向SI上发送数据，否则会丢失；若WIP为“0”，则片内无写操作，可以发送。
2 SPI与X5043的硬件连接
让SPI工作在主操作模式下，X5043作为从片，两者的引脚连接如图1所示。SPI通过SPICLK脚向整个通信网提供串行时钟，控制着系统的数据传输；通过SPISTE脚给X5043提供片选信号，低电平有效；通过SPISIMO脚把数据输出到X5043的SI脚上；通过SPISOMI脚接收X5043的SO脚上的数据。X5043的
和VCC相连，让“写使能”始终处于置位状态，
脚本和DSP的复位脚相连，给整个系统提供复位信号。
3 电子标签功能的实现
由于X5043芯片把看门狗定时器、工作电压监测和E2PROM三大功能组合在一个封装内，利用这一特性，可以方便有效地提高整个系统的可靠性和保密性。
在初始化时，通过DSP的SPI口向X5043发送WRSR(写状态寄存器)指令，设置WD1和WD0位来设置看门狗的启动时间。如果系统在设定的时间间隔内启动失败时，X5043会送出一个复位信号，让系统重新启动，从而保护DSP芯片在异常情况下免受损伤，提高整个系统的可靠性。当工作电压低于设定的门槛电压时，X5043也会发出复位信号，以保证整个系统能够正常地工作，进一步加强了系统的可靠性。
在初始化时，设置BL1和BL0来选定需要保护的存储器阵列，选定的块只能读不能写，从而可以把与系统保密相关的信息预先存储在相应的存储阵列里，随时需要更新的数据存储在没有选定保护的存储阵列中。在系统维护和 升级时，可以通过测试相应的数据来验证产品的真伪，从而提高系统的保密功能。
某厂为了给基于DSP的雷达控制系统进行加密，需要把序列号、生产日期和连续工作时间保存下来，必要时可读出相应的数据来验证产品的真伪。用SPI和X5043就可实现这种电子标签的功能，把系统的序列号和生产日期存储在选定保护的存储阵列中，一旦写入就不可更改，从而达到保密的效果。其主要功能模块和相应程序模块如图2所示。
现以SPI向X5043写入产品序列号为例，详细介绍基于DSP的串行通信的实现方法，其他电子标签功能的实现大同小异，只是程序入口参数赋值不同。序列号存放在DSP中首地址为SERIAL的4个数据存储单元中，现要写入X5043存储阵列的第0页10h开始的8个单元。由于数据保存在X5043的存储阵列中同一页的连续地址单元中，可以采用页操作模式。DSP的数据存储器都是16b的，而X5043的存储阵列是8b的，在编程时要注意数据传输的过程。SPI向X5043写入序列号的程序流程图如图3所示。
4 结语
基于DSP的开发在工程设计中的应用越来越广泛。本文立足于在实际工程设计中遇到的课题，用比较简洁有效的方法实现了基于DSP的串行外设通信，并在实践中得到了很好的应用。
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