基于DSP和X5165芯片的非易失性数据存储设计

介绍了数字信号处理器TMS320LF2407A的串行外设接口，给出了EEPROM存储器X5165与 TMS320LF2407A的硬件连接电路和应用程序实例。
    关键词：非易失性存储器, 数字信号处理器, 串行外设接口

    数字信号处理器（DSP）的应用日趋广泛，而重要数据的非易失性保存问题常常是DSP应用中不可缺少的一部分。目前，非易失性的数据保存方法多采用EEPROM（电可擦可编程只读存储器）芯片。本文介绍的X5165芯片，可以较好地完成非易失性数据的保存问题。
    在某型号交流伺服系统中，要求能够随时对各种参数设置进行非易失性保存。考虑到具有串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）的芯片使用简单，占用PCB板面积小等优点，故，采用了XICOR公司生产的16kbit SPI EEPROM芯片来存储重要数据。
1 TMS320LF2407A的串行外设接口简介
    TMS320LF2407A是TI公司开发生产的16位定点DSP。TMS320LF2407A采用CMOS工艺制造，工作频率为40MHz，指令周期为25ns。其片内集成了丰富的资源，支持在线编程，非常便于开发设计，且价格低廉，已经进入了传统单片机所占据的领域。
    TMS320LF2407A器件，其片内资源包括了4个引脚的串行外设模块。SPI是一个高速、同步串行I/O口，它允许长度可编程的位移入或者移出。通常，SPI用于DSP处理器和其它芯片之间的通信。它允许与带SPI接口的各种类型的芯片相连。SPI的主/从操作也支持多处理器的通信。
    TMS320LF2407A的SPI接口有以下特点：?
    （1）4个外部引脚：SPISOMI(SPI从动输出/主动输入引脚)，SPISIMO(SPI从动输入/主动输出引脚)，SPISTE(SPI从动发送使能引脚)，SPICLK(SPI串行时钟引脚)。?
    （2）发送和接收操作可通过中断或查询方法来完成。?
    （3）可编程波特率，当频率为40MHz时，波特率可达10Mbps。?
    （4）数据字长：1～16个数据位。?
    （5）4种时钟方案（由时钟极性和时钟相位控制），如图1所示。四种不同的时钟方式如下：

    ·无延时的下降沿：串行外设接口在SPICLK信号下降沿发送数据，在SPICLK信号上升沿接收数据；?
    ·有延时的下降沿：串行外设接口在SPICLK信号下降沿之前的半个周期时发送数据，在SPICLK信号下降沿接收数据；?
    ·无延时的上升沿：串行外设接口在SPICLK信号上升沿发送数据，在SPICLK信号下降沿接收数据；?
    ·有延时的上升沿：串行外设接口在SPICLK信号上升沿之前的半个周期时发送数据，在SPICLK信号上升沿接收数据。?
    （6） 同时接收和发送操作。?
2  硬件连接电路?
    X5165的主要特点如下：（1）可编程的看门狗定时器；（2）工作电压管理，并产生复位信号；（3）SPI接口，波特率可达2Mbps；（4）数据块锁定功能和片内偶然性的写保护功能等。
    TMS320LF2407A能与多片不同种类的带SPI接口的芯片相连。本文给出了该芯片与X5165的硬件连接，如图2所示。通过SPISIMO引脚发送数据，SPISOMI引脚接收数据，SPICLK引脚发送时钟信号。两个IO引脚IOPB4、IOPB5用来控制（写保护）和片选信号。?

3 X5165的工作原理
    X5165包含了一个8位的指令寄存器。SI引脚上输入的数据在SCK上升沿被锁存，片内的数据在SCK下降沿输出到SO引脚上。所有的指令、地址和数据都是先传输最高位，指令、数据为8位，地址为16位。时钟SCK允许操作过程中停止并在其后恢复。根据图1所示，应该选用“无延时的上升沿”这一时钟方式，且数据字长为8位。X5165的指令集如表1所示。

    X5165包括一个8位状态寄存器，格式如表2所示。?

    表2中，WIP位是指出非易失性写操作是否忙，只读位，为1，写操作正在进行，为0，无写操作。WEL是写使能锁存状态位，它可以用WREN指令置位，用WRDI指令复位。WPEN与引脚组合，实现保护存储阵列和状态寄存器位WPEN、BL1、BL0、WD1、WD0，是非易失性位，可用WRSR指令对WPEN位编程。其组合如表3所示。

    BL1、BL0是存储器块保护位，为非易失性位。其组合可通过WRSR指令编程，可以保护存储器阵列范围，如表4所示。

     选定保护的块，用户只能读不能写。
    WD1、WD0是看门狗定时器位，为非易失性位，可用WRSR指令进行编程。
    在读状态寄存器时，先将片选信号拉到低电平，然后通过SPI接口发送数据，先发送RDSR指令，接着提供8个SCK脉冲，就可以将寄存器的内容读回到TMS320LF2407A中。
    在写状态寄存器时，参考表3，可知，必须先用WREN指令将WEL位置位。由于本文提供的电路能控制引脚，故，直接将该引脚电平拉为高电平，就可以对状态寄存器进行写操作。在写状态寄存器时，先将片选信号拉到低电平，然后发送数据，先发送WRSR指令，然后发送8位待写入的内容。注意，状态寄存器的只读位不受影响。
    在读存储阵列时，先将片选信号拉到低电平，然后通过SPI接口发送数据，先发送READ指令，接着发送16位地址，选定的存储单元中的数据在SCK下降沿读回TMS320LF2407A中。每个数据被送出后，芯片内的地址计数器自动加1，继续提供SCK脉冲，可读出下一个存储单元的数据。当地址计数器达到＄07FFH时，自动翻转到＄0000H单元。读数据完成后，将片选信号拉到高电平。
    在写操作进行之前，参考表3，可知必须置位“WEL”。然后，需要将非保护块设置为可读写方式。根据图2表示的连接，可知，只需要将引脚电平拉高，就可以进行写操作。当然也可以通过对WPEN位进行编程实现。在写存储阵列时，先将片选信号拉到低电平，接着通过SPI接口发送数据，先发送WRITE指令，然后发送16位地址，接着发送8位的数据。每个数据被送出后，芯片内的地址计数器自动加1，继续提供SCK脉冲，可继续将数据写入下一个存储单元。当地址计数器达到＄07FFH时，自动翻转到＄0000H单元。写数据完成后，将片选信号拉到高电平。值得注意的是，每次写操作完成后，都必须查询WIP位来确定写操作是否完成，否则，如果连续进行两次写操作，可能会出错。
4 X5165相关操作的软件实现
    TMS320LF2407A的串行外设接口模块很容易实现对X5165的各种操作，且由于该DSP具有非常丰富的片内资源，因此，使用了两个IO引脚控制信号和片选信号。
    首先是TMS320LF2407A的SPI模块初始化工作。本文给出实际使用的源代码如下：
  

    下面的程序用来实现X5165的读操作。因为TMS320LF2407A是16位机，故，一次读写两个8位数据。源代码如下：
  
  
  
  
  

    下面是发送子程序，寄存器ACC载入待发送的数据，读回的数据也返回到ACC中，源代码如下:
    SEND——DATA:LDP  #SPITXBUF>>7?
        SACL  SPITXBUF;待发送的数据?
        LDP   #SPISTS>>7?
        S——5165:  BIT   SPISTS,BIT6 ;检测SPI——INT位?
        BCND  S——X5165,NTC ;如果SPI——INT为0,继续查询?
        LACC  SPIRXBUF;读回数据,保存在ACC中?
        RETP?
    限于篇幅，TMS320LF2407A对X5165的其他软件操作不再赘述。按照上面的硬件、软件的设计思想，已经将X5165成功地应用于某型号的交流伺服系统中。