一、概述

本文介紹了如何使用i.MX RT系列芯片上的FlexIO實(shí)現(xiàn)XY2-100激光振鏡控制協(xié)議。FlexIO模塊是NXP Kinetis和i.MX RT系列MCU的片上外設(shè)。

FlexIO是一個(gè)高度可配置模塊，能夠模擬多種常見的通信協(xié)議：UART、I2C、SPI、I2S、SSI等，還可以使用FlexIO模擬實(shí)現(xiàn)XY2-100振鏡控制協(xié)議。

二、XY2-100振鏡協(xié)議簡介

XY2-100是數(shù)字化激光掃描振鏡的通信接口協(xié)議，被廣泛地使用在大多振鏡激光掃描控制系統(tǒng)。在振鏡的運(yùn)動(dòng)控制中XY2-100是數(shù)字化激光掃描振鏡的接口定義及通信協(xié)議。

XY2-100協(xié)議包括四路信號(hào)：

SECLOCK（時(shí)鐘信號(hào)）

SYNC（同步信號(hào)）

CHANNELX（X 通道數(shù)據(jù)）

CHANNELY（Y 通道數(shù)據(jù)）

這四路信號(hào)是一種同步串行傳輸?shù)倪^程，數(shù)據(jù)時(shí)序圖如下所示。

其中時(shí)鐘信號(hào)CLOCK為2MHz，其上升沿時(shí)位置數(shù)據(jù)被寫入，下降沿時(shí)位置數(shù)據(jù)被振鏡采樣。SYNC信號(hào)用于提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同步信息，當(dāng)它從低電平到高電平時(shí)第一位數(shù)據(jù)被發(fā)送，從高電平到低電平時(shí)最后一位校驗(yàn)位被發(fā)送；CHANNELX/Y是數(shù)據(jù)信號(hào)，它有20位組成，其中C2、C1、C0是振鏡運(yùn)動(dòng)方向值，默認(rèn)值為001，D15—D0是16位的二進(jìn)制數(shù)，用來控制振鏡偏轉(zhuǎn)的角度大??；最后一個(gè)bit（P）是偶校驗(yàn)位。 XY2-100協(xié)議的時(shí)鐘速率高達(dá)2MHz。如果使用普通MCU的GPIO以4MHz的頻率中斷響應(yīng)模擬實(shí)現(xiàn)協(xié)議，系統(tǒng)消耗資源過大，難以保證協(xié)議的實(shí)時(shí)性，影響激光振鏡的控制效果?，F(xiàn)有系統(tǒng)大部分采用CPLD/FPGA實(shí)現(xiàn)XY2-100協(xié)議，存在造價(jià)高，系統(tǒng)復(fù)雜的缺點(diǎn)。 使用NXPi.MX RT10xx系列MCU上的FlexIO模塊，可以方便實(shí)現(xiàn)XY2-100協(xié)議，并保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

三、利用FlexIO模擬XY2-100

本節(jié)主要介紹如何使用FlexIO模擬XY2-100的主機(jī)協(xié)議，將會(huì)詳細(xì)闡述FlexIO模塊的相關(guān)配置項(xiàng)。

由于XY2-100數(shù)據(jù)格式與SPI接口類似，所以在FlexIO的配置上，XY2-100部分與模擬SPI相似。

可使用兩個(gè)FlexIO定時(shí)器、兩個(gè)Shifter移位器和四個(gè)引腳(FlexIO D5~D8)實(shí)現(xiàn)XY2-100協(xié)議接口。

FlexIO Timer0用于產(chǎn)生2MHz CLOCK時(shí)鐘信號(hào)，Timer1用于產(chǎn)生19位的SYNC同步信號(hào)。Shifter0連接到CHANNEL_X引腳，Shifter1連接到CHANNEL_Y引腳，并在CLOCK的每個(gè)上升沿發(fā)送數(shù)據(jù)。用戶軟件實(shí)現(xiàn)中允許在中斷、輪詢和DMA模式下發(fā)送振鏡坐標(biāo)數(shù)據(jù)。

下圖顯示了FlexIO模擬XY2-100接口的內(nèi)部連接關(guān)系。

Timer0配置為雙8位計(jì)數(shù)器，在觸發(fā)事件高電平時(shí)被使能，在比較事件到來時(shí)禁用。Timer0的觸發(fā)源連接到內(nèi)部Shifter0和Shifter1，作為這二個(gè)移位器的觸發(fā)時(shí)鐘源。Timer0的計(jì)數(shù)遞減源配置為FlexIO Clock時(shí)鐘，Shifter0和Shifter1移位時(shí)鐘則由來自Timer0的每一次計(jì)時(shí)輸出。Timer0 需要被配置為能夠被Shifter0的狀態(tài)標(biāo)志位觸發(fā)，當(dāng)Shifter0寫入數(shù)據(jù)則使能Timer0開始工作。

在XY2-100協(xié)議中，由于傳輸頻率為2MHz，因此Timer0的Compare比較寄存器的值經(jīng)計(jì)算得到需配置為0x2702。

Timer1被配置為16位計(jì)數(shù)器模式，由Timer0觸發(fā)。Timer1的計(jì)數(shù)遞減源設(shè)置為觸發(fā)信號(hào)的兩個(gè)邊沿。由于XY2-100的同步信號(hào)為19位高電平，1位低電平，所以Timer1的Compare比較寄存器的值需配置為19 * 2。

Shifter0配置為Transmit模式，并在移位器時(shí)鐘的上升沿移位，使能移位器起始位并將其設(shè)置為邏輯低電平。通過FlexIO寄存器SHIFTBUFBIS[0]寫入CHANNEL_X的數(shù)據(jù)。

Shifter1配置為Transmit模式，并在移位器時(shí)鐘的上升沿移位，使能移位器起始位并將其設(shè)置為邏輯低電平。通過FlexIO寄存器SHIFTBUFBIS[1]寫入CHANNEL_Y的數(shù)據(jù)。

下面給出了在MIMXRT1050-EVK上實(shí)現(xiàn)XY2-100協(xié)議接口詳細(xì)的寄存器配置：

FlEXIO02.TIMCTL[0] = 0x01C30701

FlEXIO02.TIMCFG[0] = 0x00002220

FlEXIO02.TIMCMP[0] = 0x00002702

FlEXIO02.TIMCTL[1] = 0x03430603

FlEXIO02.TIMCFG[1] = 0x02102100

FlEXIO02.TIMCMP[1] = 0x00000026

FlEXIO02.SHIFTCTL[0] = 0x00030802

FlEXIO02.SHIFTCFG[0] = 0x00000030

FlEXIO02.SHIFTCTL[1] = 0x00030502

FlEXIO02.SHIFTCFG[1] = 0x00000030

四、XY2-100協(xié)議實(shí)際測試運(yùn)行

參照上面FlexIO的配置，以MIMXRT1050-EVK板為例進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行測試。將四個(gè)XY2-100信號(hào)引腳連接到邏輯分析儀，運(yùn)行代碼后抓取i.MX RT1050的通信數(shù)據(jù)，其波形如下圖所示。CHANNELX/Y數(shù)據(jù)與圖中的波形匹配，達(dá)到FlexIO模擬XY2-100的效果。

小結(jié)

以上介紹了如何在i.MX RT1050使用FlexIO模塊來模擬XY2-100振鏡通信協(xié)議接口。通過FlexIO的硬件Timer定時(shí)器和Shifter移位寄存器可以大大減輕CPU內(nèi)核的負(fù)荷，滿足協(xié)議的實(shí)時(shí)性要求。 除了本文給出的Timer和Shifter的配置外，用戶也可以利用其它FlexIO配置模擬XY2-100協(xié)議接口，這個(gè)方法不是唯一的。