AT91RM9200处理器同步串口SSC的特性分析与应用

专用外设数据直接存取控制器PDC(PeripheralDMA Controller)用于UART、USART、SSC、SPI、MC等片上串行外设与片内、片外存储器间传输数据。使用外设数据直接存取控制器能够提高数据传输能力，减轻处理器运行负担。这样显著降低了外设与存储器之间数据传输所需的时钟周期数，因此也提高了微控制器的性能，使处理器工作更有效。PDC通道是成对构建的，每对对应一个指定的外设。通道中一个负责接收、另一个负责发送。PDC用户接口集成在每个外设存储空间中，它包括：1个32位存储器指针寄存器、1个16位传输计数寄存器、1个32位寄存器(用作下个存储器指针)、1个16位寄存器(用作下个传输计数)。

外设使用发送与接收信号触发PDC传输，在传输数据过程中，相应的外设产生一个传输结束中断请求结束本次传输。三个独立的SSC同步串口对应三对PDC。

PDC与SSC传输数据特性为：存储器到SSC的传输需一个主机时钟周期，SSC到存储器间的传输需两个主机时钟周期。

配置PDC通道可以控制各个通道的数据传输，PDC通道的用户接口集成在与其对应的SSC外设接口上(偏移0x100)。

每个SSC包含4个32位指针寄存器(RPR、RNPR、TPR及TNPR)与4个16位计数寄存器(RCR、RNCR、TCR及TNCR)。缓冲器的大小(传输数据数量)在内部16位传输计数寄存器中配置，可在任意时刻读取每个通道待传输数据的大小。通过定义存储器访问的首地址位置，在32位存储器指针配置存储器基地址，可在任意时刻读取下一次传输的存储空间位置和待传输的数目。PDC有专门的状态寄存器指示各通道传输是否使能，各通道工作状态指示位于SSC状态寄存器中。设置PDC传输控制寄存器的TXTEN／TXTDIS与RXTEN／RXTDIS位可使能和(或)禁用传输，这些控制位使能时，可以安全读取指针及计数寄存器，在读取的过程中不会有危险。

每个PDC通道有一个内部的32位存储器指针，每个存储器指针可指向存储空间的任意位置(片上存储器或外部总线接口存储器)。根据传输类型的不同(字节、半字或字)，外设传输的存储器指针以1、2或4增加。若PDC工作时对存储器指针重新编程，传输地址改变，在新地址执行PDC传输。

每个PDC通道有一个内部16位传输计数器用来计算已传输块的大小。每次数据传输完成后计数器减一。当计数器到零时，传输完成，PDC停止传输数据。若下一个计数寄存器(Next Counter Regis-ter)等于零，PDC禁用触发并激活相关的外设结束标志。若PDC工作时修改计数器值，PDC使用新值开始计数。每个通道中，有两个状态位来标识传输结束，这些位直接映射到外设状态寄存器。当写入一个计数器寄存器(计数器或下次计数器)时，外设结束标志自动清零。

当SSC接收到一个外部字符时，它向PDC发送一个接收就绪信号，PDC再向系统总线请求访问，当访问得到许可，PDC开始读取外设接收保持寄存器(RHR)并触发存储器写操作。每次传输后，相关PDC存储器指针递增，而待传输数目递减。当达到存储器块大小时，向外设发送一个信号并停止传输。对于发送数据传输，处理过程与上述相反。

4 同步串口SSC的典型应用

SSC同步串口特性决定了AT91RM9200不仅可以用于工业控制领域，而且可以很方便地用于电信设备。它能够直接与I2S总线接口的音频编解码器、符合电话接口的PCM编解码器连接，如图4所示。更主要的是，它可以提供三个独立接口，直接和电信应用中的E1接口连接，高性能内核ARM920T可处理高速同步数据流。因此，借助于内部提供的10M／100Mb／s以太网接口，将AT91RM9200作为E1与以太网转换的网关核心处理器是一个理想的选择。



在网关应用中，SSC包含独立的接收器、发送器及时钟分频器。每个发送器及接收器分别有3个信号引脚：数据TD／RD信号、时钟TK／RK信号及帧同步TF／RF信号，可以直接与E1成帧器DS21554的背板对应信号连接。网关可以在主、从两种模式下工作，主模式时，DS21554不需要跟踪上级同步时钟；从模式时，跟踪上级同步时钟。前者，同步串口SSC不需要单独时钟电路，配置AT91RM9200 SSC寄存器，使SSC接口工作在主动模式，产生时钟和帧定位信号，提供给DS21554，也可以直接将TK／TF连接到RCK／RSY，同时断开RK／RF。若为后者，网关为一个电信系统中的终端，通过配置寄存器使SCC接口工作在被动方式，TK／TF／RK／RF和TCK／TSS／RSS／RCK一样，均为输入信号端子，提取接收时钟，通过锁相环同步后产生时钟和帧定位信号。不论哪种形式，配置时钟信号均为2 048 kHz，32个时钟周期出现一个帧定位信号以满足E1帧格式，参考器件手册，可以通过调整DS21554和AT91RM9200寄存器设置，使得SSC信号时序和E1成帧器背板信号时序匹配。根据实际需求，三个SSC同步串口可以同时连接三个E1成帧器，考虑到音视频数据流量和以太网有效吞吐能力，有效数据量达2 Mb／s～6Mb／s，可满足不同应用的音视频数据传输，如图5所示。



5 结束语

基于ARM内核的处理器是目前嵌入式系统的主流，但是，同时内置同步串口和10 Mb／s～100 Mb／s以太网接口的ARM处理器为数却很少。AT91RM9200处理器集成了同步串口和以太网控制器，是一款高性能处理器。本文重点分析了该处理器的同步串口特性，介绍其具体应用。采用此器件，笔者实现了VoIP网关设备，性能稳定，可靠性高而且成本低。