摘要：介紹了虛擬I2C總線技術(shù)的特點(diǎn)，描述了用單片機(jī)（C51）的普通I/O口以及對(duì)DSP（TMS320VC5402）的McBSP口和HPI-8口模擬I2C總線接口的設(shè)計(jì)方案，最后給出了對(duì)SAA7111進(jìn)行初始化的方法。

關(guān)鍵詞：虛擬I2C總線技術(shù)；SAA7111；DSP；I2C總線

ＳＡＡ７１１１是Ｐｈｉｌｉｐｓ半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種視頻輸入處理器（ＶＩＰ），在視頻采集系統(tǒng)中，通常需要諸如ＳＡＡ７１１１之類的視頻解碼器作為模擬視頻前端，而視頻解碼器的初始化主要通過Ｉ２Ｃ總線接口來完成。然而，目前的單片機(jī)和ＤＳＰ器件大多都不帶有Ｉ２Ｃ總線接口，為此，本文提出了用虛擬總線技術(shù)來模擬實(shí)現(xiàn)Ｉ２Ｃ總線功能，利用ＤＳＰ的多功能Ｉ／Ｏ口和單片機(jī)的普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)ＤＳＰ和單片機(jī)對(duì)ＳＡＡ７１１１的初始化與控制的新方法。

１　虛擬Ｉ２Ｃ總線技術(shù)

１．１ 多主方式下的Ｉ２Ｃ總線虛擬

Ｉ２Ｃ總線是Ｐｈｉｌｉｐｓ公司推出的一種連接ＩＣ器件的二線制總線，它既可以用于構(gòu)成多主系統(tǒng)，又可工作在單主方式下。因?yàn)槎嘀鞣绞较聲?huì)出現(xiàn)多主競(jìng)爭(zhēng)的復(fù)雜狀態(tài)，此時(shí)如果系統(tǒng)中沒有帶Ｉ２Ｃ總線接口的主控制器，那么要構(gòu)成多主系統(tǒng)的虛擬Ｉ２Ｃ總線，就必須在虛擬Ｉ２Ｃ總線中解決多主競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)，而這幾乎是不可能的，鑒于此，多主Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)必須使用帶Ｉ２Ｃ總線接口的控制器。

１．２ 單主方式下的Ｉ２Ｃ總線虛擬

當(dāng)Ｉ２Ｃ總線中只有一個(gè)主器件時(shí)，Ｉ２Ｃ總線系統(tǒng)的工作方式稱為單主方式。在單主方式下，由于Ｉ２Ｃ總線上只有一個(gè)主器件成為主節(jié)點(diǎn)，因此，該主器件會(huì)永遠(yuǎn)占據(jù)總線，而不會(huì)出現(xiàn)總線競(jìng)爭(zhēng)，此時(shí)的主節(jié)點(diǎn)也不必有自己的節(jié)點(diǎn)地址。在這種情況下，主器件若沒有Ｉ２Ｃ總線接口，就可以用主控制器的Ｉ／Ｏ口來模擬Ｉ２Ｃ總線接口。

目前，許多視頻、音像電器中都采用了虛擬Ｉ２Ｃ總線技術(shù)。ＳＡＡ７１１１的初始化控制操作就工作在單主方式下，因此可以用虛擬Ｉ２Ｃ總線技術(shù)來實(shí)現(xiàn)ＳＡＡ７１１１的初始化控制。下面分別以單片機(jī)和ＤＳＰ為例來說明虛擬Ｉ２Ｃ總線技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法。

２　用單片機(jī)普通Ｉ／Ｏ模擬Ｉ２Ｃ總線接口

用單片機(jī)普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口時(shí)，其硬件配置非常簡(jiǎn)單，因?yàn)閱纹瑱C(jī)的Ｉ／Ｏ口很多，并且大多Ｉ／Ｏ口都是雙向的，因此可以直接用兩個(gè)Ｉ／Ｏ口線作為Ｉ２Ｃ總線的串行時(shí)鐘線ＳＣＬ和串行數(shù)據(jù)線ＳＤＡ。圖１所示為Ｃ５１ 單片機(jī)與ＳＡＡ７１１１的硬件連接圖。 當(dāng)硬件配置完成后，根據(jù)Ｉ２Ｃ總線的時(shí)序特性可用軟件編程來模擬Ｉ２Ｃ總線接口。圖２為Ｉ２Ｃ總線的起始信號(hào)（Ｓ），它表示在ＳＣＬ為高電平期間，數(shù)據(jù)線ＳＤＡ由高電平向低電平變化將啟動(dòng)Ｉ２Ｃ總線。下面是相應(yīng)的匯編程序。其它子程序可以參考Ｉ２Ｃ總線時(shí)序來實(shí)現(xiàn)，這里就不一一給出了。

啟動(dòng)Ｉ２Ｃ總線：

ＳＥＴＢ Ｐ１．０ ； ＳＤＡ＝１

ＳＥＴＢ Ｐ１．１ ； ＳＣＬ＝１

ＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ ；保持?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)間，ＤＥＬＡＹ

為延遲子程序

ＣＬＲ Ｐ１．０ ； ＳＤＡ＝０

ＣＡＬＬ ＤＥＬＡＹ

ＣＬＲ Ｐ１．１ ；鉗定總線，開始發(fā)送數(shù)據(jù)

ＲＥＴ

３ 用ＤＳＰ外圍接口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

由于ＴＭＳ３２０ＶＣ５４０２只有兩個(gè)通用的Ｉ／Ｏ引腳，且都是單向的，而在Ｉ２Ｃ總線中，ＳＤＡ必須是雙向的，因此必須借助于其它總線接口。

３．１ 用ＭｃＢＳＰ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

首先，通過配置串口控制寄存器ＳＰＣＲ１和ＳＰＣＲ２以及引腳控制寄存器ＰＣＲ的禁用ＭｃＢＳＰ功能，以將ＭｃＢＳＰ引腳（包括ＣＬＫＸ、ＣＬＫＲ、ＤＸ、ＤＲ、ＦＳＸ、ＦＳＲ、和ＣＬＫＳ）作為通用Ｉ／Ｏ口?，F(xiàn)以發(fā)送器為例，當(dāng)ＳＰＣＲ２的ＸＲＳＴ＝０、ＰＣＲ的ＸＩＯＥＮ＝１時(shí)，串口發(fā)送器無效，ＦＳＸ、ＣＬＫＸ用作通用Ｉ／Ｏ引腳。ＦＳＸ和ＣＬＫＸ作為通用Ｉ／Ｏ端口的引腳設(shè)置情況如表１所列。以ＭｃＢＳＰ０為例，也可以從ＦＳＸ０和ＣＬＫＸ０引出兩條線分別表示ＳＤＡ線和ＳＣＬ線。

注：“-”表示無影響

圖３為Ｉ２Ｃ總線的結(jié)束信號(hào)時(shí)序，下面是相應(yīng)的程序：

＃ｄｅｆｉｎｅ ＳＰＳＡ０ ０ｘ００３８ ／／ＳＰＳＡ０指向ＭｃＢＳＰ０子地址寄存器

＃ｄｅｆｉｎｅ ＳＰＳＤ０ ０ｘ００３９ ／／ＳＰＳＤ０指向ＭｃＢＳＰ０

子區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

＃ｄｅｆｉｎｅ ＰＣＲ０ ‘０ｘ０００Ｅ ／／ＰＣＲ０代表子地址

０ｘ０００Ｅ

結(jié)束Ｉ２Ｃ總線：

ｖｏｉｄ ｓｔｏｐ ? ? ?

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＡ０＝ＰＣＲ０； ／／ＳＰＳＡ０指向子

地址ＰＣＲ０

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＤ０＝０ｘ２Ａ０２? ／／初始化ＰＣＲ０，

令ＦＳＸ０＝０，ＣＬＫＸ＝１。即ＳＤＡ＝０，ＳＣＬ＝１

ｄｅｌａｙ? ?； ／／延時(shí)。Ｄｅｌａｙ（）為延時(shí)子程序

＊?ｓｈｏｒｔ ＊?ＳＰＳＤ０＝０ｘ２Ａ０Ａ； ／／令ＦＳＸ０＝１，

ＣＬＫＸ＝１。即ＳＤＡ＝１，ＳＣＬ＝１

}

３．２ 用ＨＰＩ－８口模擬Ｉ２Ｃ總線接口

同樣，首先必須禁用ＨＰＩ－８的功能，這可通過設(shè)置ＨＰＩ－８控制寄存器（ＨＰＩＣ）的ＨＰＩＥＮＡ為０來完成。當(dāng)ＨＰＩ－８工作在通用Ｉ／Ｏ端口（ＧＰＩＯ）方式時(shí)，通過通用Ｉ／Ｏ控制寄存器（ＧＰＩＯＣＲ）和通用Ｉ／Ｏ狀態(tài)寄存器（ＧＰＩＯＳＲ）可以控制ＧＰＩＯ方式下的ＨＰＩ－８數(shù)據(jù)引腳。ＧＰＩＯＣＲ的ＤＩＲｘ（ｘ＝０～７）位為低電平表明ＨＤｘ引腳為輸入，高電平表明ＨＤｘ為輸出。 ＧＰＩＯＳＲ的Ｄ／Ｏｘ位則反映了引腳ＨＤｘ的邏輯值，Ｄ／Ｏｘ為低電平表明ＨＤｘ輸入／輸出為０，Ｄ／Ｏｘ為高電平表明ＨＤｘ輸入／輸出為１。因?yàn)樵冢牵校桑戏绞较?，ＨＤｘ為雙向Ｉ／Ｏ端口，因此可以任意選擇一個(gè)ＨＤｘ（如ＨＤ０）作為ＳＤＡ，再用另外一個(gè)ＨＤｘ（ＨＤ１）作為ＳＣＬ以實(shí)現(xiàn)Ｉ２Ｃ總線接口的模擬。

４ ＳＡＡ７１１１的初始化

ＳＡＡ７１１１內(nèi)部有３２個(gè)寄存器（Ｓｕｂａｄｄｒｅｓｓ００～１ＦＨ），其中２２個(gè)是可編程的。００Ｈ、１Ａ～１ＣＨ、１ＦＨ是只讀寄存器，其中００Ｈ描述的是芯片版本信息；１Ａ～１ＣＨ是文本信息檢測(cè)和解碼寄存器，一般很少用到；１ＦＨ用來描述芯片的狀態(tài)。０２Ｈ～１２Ｈ是可讀寫寄存器，其中０２Ｈ～０５Ｈ是模擬輸入控制寄存器，０２Ｈ用于設(shè)置模擬視頻信號(hào)輸入方式（共８種），０３Ｈ～０５Ｈ用于設(shè)置增益控制方式， ０６Ｈ～１２Ｈ主要用于設(shè)置解碼方式，通過配置這些寄存器可以設(shè)置行同步信號(hào)的開始和結(jié)束位置，并可確定亮度、色度、飽和度的大小以及輸出圖像數(shù)據(jù)信號(hào)的格式。 ０１Ｈ、１３Ｈ～１９Ｈ、１ＤＨ～１ＥＨ寄存器保留使用。需要注意的是，在讀００Ｈ寄存器前，必須將它初始化為０。在對(duì)多個(gè)連續(xù)的寄存器進(jìn)行操作時(shí)，寄存器地址有自動(dòng)加１功能。內(nèi)部寄存器控制位的功能含義詳見參考文獻(xiàn)。

可以采用上面任何一種方法來模擬Ｉ２Ｃ總線接口，只是具體的編程方法應(yīng)視不同的控制器而異。但軟件編程具有相同之處，首先必須根據(jù)Ｉ２Ｃ總線的原理寫出啟動(dòng)、結(jié)束、發(fā)送應(yīng)答信號(hào)及讀、寫一個(gè)字節(jié)的程序，然后根據(jù)ＳＡＡ７１１１的寄存器操作格式寫出讀、寫寄存器的程序，最后根據(jù)以上子程序?qū)懗龀跏蓟樱粒粒罚保保钡某绦蚨?。ＳＡＡ７１１１的初始化流程如圖４所示。

以單片機(jī)為例，硬件連接見前文圖１所示，其中ＩＩＣＳＡ是ＳＡＡ７１１１的讀寫控制位，ＩＩＣＳＡ＝０表示ＳＡＡ７１１１的寫地址為４８Ｈ。這里把ＳＡＡ７１１１初始化設(shè)定為：一路模擬視頻信號(hào)輸入（ＡＩ１２）、自動(dòng)增益控制、６２５行５０Ｈｚ ＰＡＬ制式、ＹＵＶ ４２２ １６位數(shù)字視頻信號(hào)輸出、設(shè)置默認(rèn)的圖象對(duì)比度、亮度及飽和度。相應(yīng)的寄存器初始化值如表２所列。下面是向ＳＡＡ７１１１的１９個(gè)連續(xù)的子地址寄存器（００Ｈ～１２Ｈ）寫入一組數(shù)據(jù)的的程序。

入口參數(shù)：ＳＡＡ７１１１寫地址４８Ｈ、子地址００Ｈ、發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)ＤＢＵＦ、發(fā)送字節(jié)數(shù)１９。

ＷＮＢＹＴＥ：ＭＯＶ Ｒ３，１９ ；發(fā)送字節(jié)數(shù)１９送入Ｒ３

ＬＣＡＬＬ ＳＴＡＲＴ ；調(diào)用啟動(dòng)子程序

ＭＯＶ Ａ，＃４８Ｈ ；ＳＡＡ７１１１寫地址送入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ ；調(diào)用寫一個(gè)字節(jié)子程序

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ ；調(diào)用檢查應(yīng)答位子程序

ＪＢ Ｆ０，ＮＥＸＴ０ ；有應(yīng)答，轉(zhuǎn)到ＮＥＸＴ０，其

中Ｆ０為應(yīng)答標(biāo)志位，Ｆ０＝１

表示有應(yīng)答

ＡＪＭＰ ＷＮＢＹＴＥ ；無應(yīng)答，重新發(fā)送

ＮＥＸＴ０：ＭＯＶ Ａ， ００Ｈ ；ＳＡＡ７１１１子地址送入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ

ＪＢ Ｆ０，ＮＥＸＴ１

ＡＪＭＰ ＳＴＡＲＴ

ＭＯＶ Ｒ２，＃ＤＢＵＦ ；發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)首地址

送入Ｒ２

ＮＥＸＴ１：ＭＯＶ Ａ， ＠Ｒ２ ；發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)數(shù)據(jù)送

入Ａ

ＬＣＡＬＬ ＷＢＹＴＥ

ＬＣＡＬＬ ＣＨＥＣＫ

ＪＮＢ Ｆ０，ＷＮＢＹＴＥ ；未應(yīng)答，重新發(fā)送

ＩＮＣ Ｒ２

ＤＪＮＺ Ｒ３，ＮＥＸＴ１ ；發(fā)送完否?未完，繼續(xù)發(fā)送

ＥＸＩＴ： ＬＣＡＬＬ ＳＴＯＰ ；發(fā)送完畢?調(diào)用結(jié)束子程序

ＲＥＴ

５　結(jié)束語(yǔ)

對(duì)一個(gè)典型的以ＤＳＰ為核心處理器的視頻采集系統(tǒng)而言，用單片機(jī)普通Ｉ／Ｏ口模擬Ｉ２Ｃ總線接口的編程比較簡(jiǎn)單，操作也很方便，但是相應(yīng)的會(huì)增加設(shè)計(jì)成本，因?yàn)橄到y(tǒng)要額外的增加一片單片機(jī)。而用ＤＳＰ的ＭｃＢＳＰ口或者ＨＰＩ－８口模擬Ｉ２Ｃ總線接口，雖然不必考慮成本問題，但是必須要禁用ＭｃＢＳＰ或者ＨＰＩ－８的功能，這對(duì)系統(tǒng)中ＤＳＰ功能的擴(kuò)展來說是不利的。