如何在i.MX RT1050使用FlexIO模块模拟XY2-100振镜通信协议接口

一、概述

本文介绍了如何使用i.MX RT系列芯片上的FlexIO实现XY2-100激光振镜控制协议。FlexIO模块是NXP Kinetis和i.MX RT系列MCU的片上外设。

FlexIO是一个高度可配置模块，能够模拟多种常见的通信协议：UART、I2C、SPI、I2S、SSI等，还可以使用FlexIO模拟实现XY2-100振镜控制协议。

二、XY2-100振镜协议简介

XY2-100是数字化激光扫描振镜的通信接口协议，被广泛地使用在大多振镜激光扫描控制系统。在振镜的运动控制中XY2-100是数字化激光扫描振镜的接口定义及通信协议。

XY2-100协议包括四路信号：

SECLOCK（时钟信号）

SYNC（同步信号）

CHANNELX（X 通道数据）

CHANNELY（Y 通道数据）

这四路信号是一种同步串行传输的过程，数据时序图如下所示。

其中时钟信号CLOCK为2MHz，其上升沿时位置数据被写入，下降沿时位置数据被振镜采样。SYNC信号用于提供数据转换的同步信息，当它从低电平到高电平时第一位数据被发送，从高电平到低电平时最后一位校验位被发送；CHANNELX/Y是数据信号，它有20位组成，其中C2、C1、C0是振镜运动方向值，默认值为001，D15—D0是16位的二进制数，用来控制振镜偏转的角度大小；最后一个bit（P）是偶校验位。 XY2-100协议的时钟速率高达2MHz。如果使用普通MCU的GPIO以4MHz的频率中断响应模拟实现协议，系统消耗资源过大，难以保证协议的实时性，影响激光振镜的控制效果。现有系统大部分采用CPLD/FPGA实现XY2-100协议，存在造价高，系统复杂的缺点。 使用NXP i.MX RT10xx系列MCU上的FlexIO模块，可以方便实现XY2-100协议，并保证系统的实时性。

三、利用FlexIO模拟XY2-100

本节主要介绍如何使用FlexIO模拟XY2-100的主机协议，将会详细阐述FlexIO模块的相关配置项。

由于XY2-100数据格式与SPI接口类似，所以在FlexIO的配置上，XY2-100部分与模拟SPI相似。

可使用两个FlexIO定时器、两个Shifter移位器和四个引脚(FlexIO D5~D8)实现XY2-100协议接口。

FlexIO Timer0用于产生2MHz CLOCK时钟信号，Timer1用于产生19位的SYNC同步信号。Shifter0连接到CHANNEL_X引脚，Shifter1连接到CHANNEL_Y引脚，并在CLOCK的每个上升沿发送数据。用户软件实现中允许在中断、轮询和DMA模式下发送振镜坐标数据。

下图显示了FlexIO模拟XY2-100接口的内部连接关系。

Timer0配置为双8位计数器，在触发事件高电平时被使能，在比较事件到来时禁用。Timer0的触发源连接到内部Shifter0和Shifter1，作为这二个移位器的触发时钟源。Timer0的计数递减源配置为FlexIO Clock时钟，Shifter0和Shifter1移位时钟则由来自Timer0的每一次计时输出。Timer0 需要被配置为能够被Shifter0的状态标志位触发，当Shifter0写入数据则使能Timer0开始工作。

在XY2-100协议中，由于传输频率为2MHz，因此Timer0的Compare比较寄存器的值经计算得到需配置为0x2702。

Timer1被配置为16位计数器模式，由Timer0触发。Timer1的计数递减源设置为触发信号的两个边沿。由于XY2-100的同步信号为19位高电平，1位低电平，所以Timer1的Compare比较寄存器的值需配置为19 * 2。

Shifter0配置为Transmit模式，并在移位器时钟的上升沿移位，使能移位器起始位并将其设置为逻辑低电平。通过FlexIO寄存器SHIFTBUFBIS[0]写入CHANNEL_X的数据。

Shifter1配置为Transmit模式，并在移位器时钟的上升沿移位，使能移位器起始位并将其设置为逻辑低电平。通过FlexIO寄存器SHIFTBUFBIS[1]写入CHANNEL_Y的数据。

下面给出了在MIMXRT1050-EVK上实现XY2-100协议接口详细的寄存器配置：

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协议实际测试运行

参照上面FlexIO的配置，以MIMXRT1050-EVK板为例进行实际运行测试。将四个XY2-100信号引脚连接到逻辑分析仪，运行代码后抓取i.MX RT1050的通信数据，其波形如下图所示。CHANNELX/Y数据与图中的波形匹配，达到FlexIO模拟XY2-100的效果。

小结

以上介绍了如何在i.MX RT1050使用FlexIO模块来模拟XY2-100振镜通信协议接口。通过FlexIO的硬件Timer定时器和Shifter移位寄存器可以大大减轻CPU内核的负荷，满足协议的实时性要求。 除了本文给出的Timer和Shifter的配置外，用户也可以利用其它FlexIO配置模拟XY2-100协议接口，这个方法不是唯一的。