參考資料 Intel® PXA250 and PXA210 Application Processors Developer’s Manual ftp://download.intel.com/design/pca/applicationsprocessors/manuals/278522-001.pdf

Synchronous Serial Port Controller 同步序列埠控制器 銘傳大學電腦通訊學系 陳旭東

課程目標 說明同步序列埠控制器(SSPC)的訊號定義 應用處理器（PXA250和PXA210）對SSPC操控方式。

大綱 概論 訊號說明 資料格式 SSP格式 SPI格式 Microwire格式 序列通訊埠暫存器

概論 同步序列埠控制器(SSPC)是一個全雙工的介面 連接到各種週邊裝置，包括 類比數位(A/D)轉換器 聲音及電信編解碼器(Codec) 其他使用序列協定傳輸資料的裝置

SSPC通訊協定 支援三種通訊協定 National’s Microwire 德州儀器同步序列協定(SSP) Motorola序列週邊協定(SPI)

SSPC傳輸率 支援7.2 KHz到1.84 MHz的序列位元傳輸率 序列資料的格式長度：4～16個位元

訊號說明 名稱 方向 解釋 SSPSCLK 輸出 序列位元傳輸率時脈 SSPSFRM 訊框訊號 SSPTXD 傳送資料(輸出序列資料) SSPRXD 輸入 接收資料(輸入序列資料) SSPEXTCLK 選擇外部時脈來產生序列時脈(SSPSCLK)

SSPSCLK 位元傳輸率時脈腳位，此訊號從SSPC送到週邊裝置。只有在傳送及接收資料時，SSPSCLK才有高低電位的變化。

SSPSFRM 訊框訊號腳位，指明序列資料的開始及結束

SSPSTXD/SSPSRXD 傳送/接收序列資料的腳位

SSPEXTCLK 外部時脈腳位 不使用晶片內部頻率產生器時（on-chip clock）時，可從GPIO 27輸入一個外部時脈（SSPEXTCLK） 外部時脈除以SSCR0[SCR]中的數值（降頻）後，便是序列位元傳輸時脈

GPIO用途 如果SSP停用時，其五個腳位可做GPIO用途 請參考「系統整合單元」，會有設定腳位方向及中斷能力的細部說明

SSPC架構說明 透過SSPC中的FIFO緩衝區，應用處理器和外部週邊裝置，彼此可以互傳序列資料 運作方式是全雙工模式－因為傳送和接收的資料路徑及緩衝區各自獨立，可同時進行雙向傳輸

SSPC傳輸模式 程式化I/O直接在CPU、傳送/接收FIFO及週邊裝置之間傳送及接收資料 DMA控制器在記憶體、FIFO及週邊之間傳送及接收傳輸資料

傳輸方法 傳送 CPU或DMA對SSPC的FIFO寫入資料 寫入方式有程式化I/O或DMA突發傳輸兩種，突發傳輸每次可寫入4或8個half-word到FIFO SSPC取得FIFO中的資料，對資料封裝（serialize），透過SSPTXD訊號腳位，傳送資料到週邊裝置

傳輸方法(conti) 接收 SSP從SSPRXD接收週邊裝置的資料、轉換成並列字元並儲存在接收FIFO 從接收FIFO讀取資料 傳送和接收FIFO的緩衝區都是深16通道x寬16位元

傳輸方法(conti) 當資料寫入接收FIFO時，透過門檻值設定，可以發出中斷請求給中斷控制器。如果中斷致能，中斷服務程序能辨識中斷的來源，然後對內部(接收)FIFO緩衝區執行一個或多個讀取操作

SSPC傳輸訊號 應用處理器與外部編碼/解碼器傳輸資料，使用到四種訊號： SSPSCLK－從連接埠(port)傳送及接收時，序列資料的位元傳輸率 SSPSFRM－依照選擇的傳輸協定，定義資料訊框的邊界或起點 SSPTXD－傳送訊號，輸出資料到週邊設備 SSPRXD－接收訊號，從週邊設備接收資料

德州儀器同步序列協定(SSP) 全雙工通訊協定 每個訊框開始傳送/接收時，SSPSFRM切換到高電位並維持一個時脈週期長 傳送端在SSPSCLK正緣時，做位元資料變換。接收端在負緣時，做位元資料取樣

TI SSP格式 SSPSFRM切換到高電位並維持一個時脈週期長 從高位元開始，每一個時脈週期，傳送一個位元，並把位元資料放置於SSPTXD輸出腳位 在SSPSCLK正緣時，傳送端把資料呈現於SSPTXD或SSPRXD 在SSPSCLK負緣時，接收端對資料取樣 傳送結束時，SSPTXD保留最後一個位元(bit 0)電位，直到下一個閒置週期 如果SSP通訊埠關閉或重置，SSPTXD就強迫設定為低電位。

Motorola序列週邊協定(SPI) 全雙工通訊協定 SSPSFRM可做為外部裝置(傳送的目標)選擇訊號，並且在資料傳送過程中維持低電位 可選擇SSPSCLK的觸發緣，做為對輸出的資料變換或是輸入資料取樣的依據 可以移動SSPSCLK的相位，可以在訊框開始或結束時，提早或延後一個半週期進入有效狀態

SPI格式 閒置模式或SSP關閉時 SPI有四個分支模式，分類依據是 SSPSCLK和SSPTXD為低電位而SSPSFRM為高電位

SPI格式(conti) 傳送輸出資料 SSPSFRM轉變為低電位且訊框傳輸過程中繼續保持低電位 最高序列資料位元在半個週期後，放置於SSPTXD輸出腳位 在經過半個時脈週期，SSPSCLK轉變為高電位 依據設定的SSPSCLK觸發邊緣，持續傳送剩下的資料位元 當SSPC進入閒置模式時，除非SSP連接埠關閉或重置，否則SSPTXD將保留最後一個位元值

SPI格式(conti) 接收輸入資料 SSPSFRM從高電位到低電位，同時週邊裝置將最高位元開始，依序把資料放置在SSPRXD腳位上 可選擇SSPSCLK的邊緣做資料變換，並控制器在相對的觸發邊緣做取樣 在抓取最後一個位元，經過一個時脈週期後，SSPSFRM轉變為High，接收字元移位進入輸入FIFO 在週邊裝置送完訊框的最後一個位元後， 對SSPRXD保持三態(tristate)

國家半導體Microwire 半雙工主從訊息通訊協定 SSPSFRM可做為外部裝置(傳送的目標)選擇訊號，並且在資料傳送過程中維持低電位 傳送端在SSPSCLK負緣時，做位元資料變換。接收端在正緣時，做位元資料取樣

Microwire格式 Microwire格式與SPI類似，使用半雙工主從訊息傳輸模式而取代全雙工模式 訊框開始時，控制器先傳送1或2位元組命令訊息給週邊裝置 週邊裝置解譯收到的命令訊息，如果是讀取(READ)要求，就會在命令訊息最後一個位元結束後，間隔一個時脈週期回應要求的資料 同一個訊框，傳回的資料長度可以從4位元到16位元。訊框總長度介於13位元到33位元之間。 閒置模式或SSP關閉，SSPSCLK和SSPTXD為低電位，SSPSFRM為高電位

Microwire格式(conti) 每次Microwire傳送， SSPSFRM由高電位切換到低電位 透過SSPTXD，傳送8(16)位元命令字元到週邊裝置 SSPRXD由週邊裝置控制並且保持三態。 SSPSCLK在命令的最高位元傳送中途變成High 命令字組結束後，間隔一個時脈週期，週邊裝置從最高位元開始，把資料置於SSPRXD腳位上，依序傳回序列資料 位元資料在SSPSCLK的負緣階段做轉換，並在正緣階段做取樣 傳送最後一個字元時，SSPSCLK的最後一個負緣與SSPRXD的最後一個資料位元同時結束，SSPSCLK會繼續保持低電位，再半個時脈週期後SSPSFRM切換到高電位

FIFO運作及資料傳輸 傳送及接收序列資料的FIFO各自獨立 FIFO由程式化I/O或DMA突發傳輸，對FIFO寫入或移出資料 突發傳輸一次可以搬動4個或8個half-word。

程式化I/O資料傳輸模式 資料字元寬度為32位元，但只有最低2位元組是有效資料。因最高2位元組必須丟棄。 每個FIFO有一個程式化中斷門檻（threshold）。當FIFO資料筆數超過門檻值並且設定中斷致能，會發出一個中斷通知CPU，應用處理器會對FIFO寫入或移出資料 詢問SSP狀態暫存器，可知道FIFO中資料筆數、或者決定FIFO是滿載或是清空狀態

DMA資料傳輸模式 DMA控制器可以設定對SSP的FIFO寫入或移出資料 DMA設定模式的步驟為： 設定傳送/接收位元數目(緩衝區長度)和突發傳輸長度 針對SSP的DMA請求，設定通道映射暫存器 設定DMA控制暫存器的執行位元(run bit) 設定SSP控制暫存器中的要求數值 藉由設定SSP控制暫存器0中的SSE位元來啟動SSP 等待DMA傳送及接收中斷要求

DMA資料傳輸模式 如果傳送/接收位元組數目不是突發傳輸長度的倍數，必須檢查SSP狀態暫存器來判定是否有任何資料留在接收FIFO中

傳輸速度產生器 鮑率(bit-rate clock)是由內部時脈(3.6864 MHz)降頻產生 內部時脈先除以2，再送給程式化除法器（設定值從1到256），產生7.2 kbps到1.8432 Mbps的傳輸速度 外部時脈(SSPEXTCLK)取代3.6864 MHz內部時脈 可將外部時脈選擇位元設為1時，外部時脈先除以2，送給程式化除法器(降頻)

SSP序列通訊埠暫存器 SSPC有五個暫存器。包含兩個控制、一個資料、和一個狀態暫存器。 SSPC控制暫存器(SSCR0和SSCR1)用在設定傳輸速率、資料長度、訊框格式、資料傳輸機制及啟動通訊埠。 SSPC資料暫存器(SSDR)包含兩個16位元暫存器。 其中一個暫存器是負責寫入操作及傳送資料到傳送FIFO 另一個暫存器負責讀取操作及從接收FIFO獲取資料

SSP序列通訊埠暫存器(conti) SSPC狀態暫存器(SSSR) 紀錄FIFO緩衝區的狀態，是否超過設定的門檻值 接收FIFO的溢滿(overrun)時，設定錯誤位元

參考資料 Intel® PXA250 and PXA210 Application Processors Developer’s Manual Chapter 8 -- Synchronous Serial Port Controller ftp://download.intel.com/design/pca/applicationsprocessors/manuals/278522-001.pdf

The End