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1、第14章 IIC和IIS总线接口,同步IO本章重点本章重点:IIC总线接口概述、组成与接口、四种方式下的操作流程、特殊功能寄存器的含义及设置；IIS接口概述、组成框图、发送和接收方式、音频串行接口数据格式、特殊功能寄存器的含义及设置；同步IO概述、接口模块组成框图、通常方式操作和DMA方式操作、发送和接收定时、特殊功能寄存器的含义及设置。14.1 IIC总线接口14.1.1 IIC总线接口概述 IIC总线接口概述 IIC（Intel Integrated Circuit）总线的中文名称为内部集成电路总线。它是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
2、。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S3C44B0X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14.1所示。图14.1 IIC总线连接示意图 IIC总线仅有两条信号线：SDA是数据信号线，SCL是时钟信号线，另外设备之间还要连接一条地线，图14.1中并未画出地线。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14.1所示。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
3、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。IIC总线是一个真正的多主总线，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14.2所示。图14.2 多主IIC总线结构 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。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同时驱动SDA和SCL。当总线空闲时，SDA和SC
4、L同时为高电平。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。总线主设备数据传送基本状态及转换如图14.3所示。图14.3 总线主设备数据传送基本状态图 S3C44B0X微处理器IIC总线接口特点 S3C44B0X微处理器支持多主IIC总线串行接口。一条双向串行数据线（SDA）和一条串行时钟线（SCL），在连接到IIC总线上的总线主设备和外部设备（总线从设备）之间传送信息。S3C44B0X微处理器既可以作为总线主设备，也可以作为总线从设备。在多主IIC总线模式，多个S3C44B0X微处理器中的每一个，能够接收由从设备发送来
5、的串行数据，或发送串行数据给从设备。主S3C44B0X能够启动或停止IIC总线数据传送。在S3C44B0X中，标准的总线仲裁过程用于IIC总线。为了控制多主IIC总线操作，确定的值必须写入如下寄存器：多主IIC总线控制寄存器IICCON；多主IIC总线控制状态寄存器IICSTAT；多主IIC总线发送接收数据移位寄存器IICDS；多主IIC总线地址寄存器IICADD。当IIC总线空闲时，SDA和SCL两条线都应该是高电平。当SCL稳定在高电平，SDA从高电平变到低电平，能够作为开始条件；而SDA从低电平变到高电平能够作为停止条件，参见图14.5。(P329)开始和停止条件总是由主设备产生。开始条
6、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14.6。（P330）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发送，每一字节之后应该立即被跟随一个响应（ACK）位，参见图14.6。（P330）14.1.2 IIC总线组成框图与接口 IIC总线组成框图 S3C44B0X微处理器IIC总线组成框图见图14.4。IIC总线接口 S3C44B0X微处理器IIC总线接口有四种操作方式：主发送方式；主接收方式；从发送方式；从接收方式。开始和停止条件 开始条件和停止条件
7、见图14.5。（P329）数据传送格式 IIC总线接口数据格式详见图14.6。（P330）图14.7表示IIC总线上的数据传送过程。（P330）ACK信号传送 在IIC总线上的响应信号见图14.8。（P330）读写操作 总线仲裁过程 中止条件（abort condition）配置IIC总线14.1.3 四种方式下的操作流程图 S3C44B0X 微处理器IIC总线接口有四种操作方式：主发送方式；主接收方式；从发送方式；从接收方式。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，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II
8、CSTAT，允许串行输出。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，首先要将从地址写入IIC总线发送接收数据移位寄存器IICDS中。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从设备自己的地址。当处在从接收方式的设备，收到从地址时，保存在IICDS中，要与自己的IICADD中的内容比较，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。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
9、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中，要与IICADD中的自己的地址比较，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。主发送方式操作 主发送方式操作见图14.9。（P332）主接收方式操作 主接收方式操作见图14.10。（P333）从发送方式操作 从发送方式操作见图14.11。（P333）从接收方式操作 从接收方式操作见图14.12。（P334）14.1.4 IIC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 x
10、01D60000，可读写，8位，Reset值为0 x0 x，（低4位无定义）具体含义见表14.1。（P335）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 x01D60004，可读写，8位，Reset值为0 x00，具体含义见表14.2。（P335）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 x01D60008，可读写，8位，Reset值不确定，具体含义见表14.3。（P336）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 x01D6000C，可读写，8位，Reset值不确定，具
11、体含义见表14.4。（P336）14.2 IIS总线接口14.2.1 IIS总线接口概述 IIS总线接口概述 IIS（Intel-IC Sound）总线中文名称为集成电路内部声音总线，源于由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。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，传送数据由时钟信号同步控制，且以字节为单位传送数据，每字节的数据传送从左边的二进制位
12、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。S3C44B0X内部集成了IIS总线接口模块，图14.13是S3C44B0X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。图14.13中S3C44B0X与UDA1341TS的连线由两组接口组成。一组是IIS总线接口，在S3C44B0X端信号是：CODECLK（系统时钟）IISCLK（位时钟）IISLRCK（字选择输入）II
13、SDI（串行数据输入）IISDO（串行数据输出）另一组是L3总线接口，在S3C44B0X端连接到GPC14、GPC8、GPC9，在UDA1341TS端连接到L3DATA（L3总线数据，输入输出）、L3MODE（L3总线模式，输入）、L3CLOCK（L3总线时钟，输入）。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S3C44B0X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AD转换器等，转换成二进制数串行通过DATAO引脚送到S3C44B0X的IIS模块，在IIS模块中数据转换成并行数据然后保存在内存中；而内存中
14、要输出的音频数据，并行传到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DA转换器等，变成模拟信号，经过驱动器等，驱动扬声器。S3C44B0X微处理器IIS总线特点 主要特点有：兼容IIS、MSB_justified格式；每通道传送8位或16位数据；每通道16、32、48fs（fs为采样频率）串行位时钟；256、384fs主时钟；对主时钟和CODEC时钟，频率的分频因子是可编程的；32字节（2*16）FIFO用于发送和接收；通常传送方式和DMA传送方式。14.2.2 IIS总线组成框图 S3C44B0X微处理器IIS总线组成框图见图14.14
15、。14.2.3 发送和接收方式 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14.2.4 音频串行接口数据格式 IIS总线格式 与S3C44B0X连接的IIS总线中，除了系统时钟CODECLK外的四条线，分别是串行数据输入IISDI、串行数据输出IISDO、左右声道选择IISLRCK和串行位时钟IISCLK。能够产生IISLRCK和IISCLK信号的设备是主设备。（1）串行数据（2）系统的字长（3）串行数据通过发送器发送，同步方法 MSB（LEFT）JUSTIFIED数据接口格式 MSBleft justified
16、总线与IIS总线有相同的连线，与IIS总线不同之处是下一个字的最高有效位在IIS LRCK改变后发送，见图14.15。（P340）采样频率和主时钟举例 主时钟频率（MCLK）能够由表14.5中所列的采样频率来选择。（P340）由于主时钟经过了预分频器，预分频值和MCLK类型（256或384fs）应当被适当的确定。串行位时钟频率类型（163248fs）能够由每个通道的串行位和MCLK选择，详见表14.6。（P340）14.2.5 IIS总线接口特殊功能寄存器 IIS控制寄存器 IIS控制寄存器IISCON，具体内容见表14.7和14.8。其中位8：6为只读。（P341）IIS 方式寄存器 具体含
17、义见表14.9和14.10。（P341、342）IIS预分频寄存器 具体含义见表14.11，14.12和14.13。（P342）IIS FIFO控制寄存器 IIS FIFO控制寄存器称为IISFCON，为了开始IIS操作，需要以下步骤。在IISFCON中的FIFO允许位设置为1。允许在IISCON中的DMA请求。允许在IISCON的IIS接口开始。为了结束IIS操作，需要以下步骤。禁止FIFO。如果要发送保留在FIFO中的数据，必须不禁止FIFO并且跳过这一步。禁止IISCON寄存器中的DMA请求。禁止IISCON寄存器的IIS接口开始。IISFCON地址及各位含义见表14.14，14.15。
18、（P343）IIS FIFO寄存器 IIS FIFO寄存器称为IISFIF。IIS总线接口含有两个16字节的FIFO，用于发送和接收方式。每个FIFO宽度为16位，深度为8，允许FIFO以半字为单位处理数据。发送和接收FIFO的存取被执行是通过FIFO的入口，FENTRY入口地址是0 x01D18010。IISFIF地址及各位含义见表14.16，14.17。（P344）14.3 同步IO14.3.1 同步IO概述 S3C44B0X中同步IO（synchronous IO，SIO），也称同步输入输出，能够与要求串行数据传送的各种类型的外设接口。SIO模块能够以确定的频率发送或接收8位串行数据，而
19、频率可以通过对应的控制寄存器设置。为了保证灵活的数据传送速率，可以选择内部或外部时钟源。SIO模块主要特点有：8位数据（缓冲）寄存器（SIODAT）；12位预分频器（SBRDR）；8位区间计数器（IVTCNT）；时钟选择逻辑；串行数据IO引脚（SIORXD和SIOTXD）；外部时钟输入输出引脚（SIOCLK）；DMA运行方式（自动运行标志运行，SIORDY）。SIO有两种操作方式：通常方式 DMA方式14.3.2 SIO接口模块组成 SIO接口模块组成框图见图14.16。14.3.3 SIO常规方式操作 通过串行线同步发送和接收 使用串行IO接口，通过串行线每次交换8位数据。串行输入数据来自输
20、入引脚SIORXD，输出通过串行输出引脚SIOTXD发出，同步使用串行时钟引脚SIOCLK。发送或接收数据后，如果程序员允许该中断源，那么SIO中断请求被激活。发送总是与接收同时出现，如果只需要发送数据，可以把接收到的数据看作无用数据。发送频率通过设置控制寄存器SIOCON和波特率预分频寄存器SBRDR对应位来控制。串行接口能使用内部或外部的时钟源，如果使用内部时钟源，通过调整波特率预分频寄存器的值，可以改变它的频率。编程过程 为了对SIO模块编程，应遵守以下基本步骤：在端口中配置这些IO引脚（SIOTXD，SIOCLK，SIORXD）；设置SIOCON寄存器与串行IO模块相适应的配置；为了产
21、生中断，设置串行IO中断允许位；如果要发送数据到串行缓冲器，写数据到SIODAT；对于接收发送，设置SIOCON3为1，开始移位操作；当移位操作（发送接收）完成，SIO产生中断请求并且SIODAT有收到的数据或无用的数据；转到。14.3.4 SIO DMA方式操作 自动运行方式（非握手方式）DMA方式发送步骤 参见图14.17。（P346）DMA方式接收步骤 参见图14.18。（P346）14.3.5 SIO发送接收定时图 图14.19为SIO发送数据从SIOCLK下降沿开始的定时图。（P347）图14.20为SIO发送数据从SIOCLK上升沿开始的定时图。（P347）图14.21为SIO自动
22、运行方式定时图。（P347）14.3.6 同步IO接口特殊功能寄存器 SIO控制寄存器 SIO控制寄存器SIOCON地址为0 x01D14000，可读写，Reset值为0 x00，具体含义见表14.18。（P347）SIO数据（缓冲）寄存器 传送数据前，SIO数据（缓冲）寄存器SIODAT含有8位要被发送的数据。发送完成后SIODAT含有收到的数据或无用数据。具体见表14.19。（P348）SIO波特率预分频寄存器 波特率预分频寄存器SBRDR以如下方式确定SIO时钟频率（波特率）。Baud rate=MCLK2（预分频值+1）波特率预分频寄存器具体含义见表14.20。（P348）SIO区间计数寄存器 SIO区间计数寄存器IVTCNT在自动运行方式，每发送8位数据插入如下区间：区间=MCLK4（IVTCNT+1）区间计数寄存器具体含义见表14.21。（P349）SIO DMA计数零寄存器 SIO DMA计数零寄存器DCNTZ，当SIO在DMA方式操作时，对应DCNTZ位初态必须为0，当DMA计数终了时（一次预定传送字节个数传送完），对应DCNTZ位必须被设置为1。DMA计数零寄存器具体含义见表14.22。（P349）END