CQ-FRK-FM3 基板用ＦＭ音源プログラム -- TGFM3 (5)

FM3 には、シリアル・インターフェースの系統に属する UART、SPI、LIN　および I2C の 4 つの機能を、ひとつの周辺モジュールに集約した、「マルチファンクションシリアルインターフェース」(MFS: Multi Function Serial interface) が 8 組内蔵されています。
これらの機能は、基本的に「バイト指向」なプロトコルであるため、MFS でも、データ長は最大で 9 ビットとなっています。
そのため、16 ビット・シリアル・オーディオ・データを SPI で送出する場合には、8 ビット転送を 2 回行うことで実現します。
FM 音源プログラムでは、MIDI 入出力と LCD 入出力のために UART を 2 組、ディジタル・オーディオ DAC 出力のために SPI が 1 組必要になります。
MFS モジュールの選択および I/O ピン割り付けを検討するために作成した表を下に示します。
全体をひとつの表にまとめると長くなりすぎるので、MFS0 〜 MFS3 に関する表と、 MFS4 〜 MFS7 に関する表のふたつに分けました。
また、最初の表の MFS0 〜 MFS3 には FIFO バッファは実装されておらず、通常の 1 バイト容量のバッファ・レジスタだけとなっています。
2 番目の表の MFS4 〜 MFS7 には 16 バイト容量の FIFO バッファが実装されています。

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MFS 信号名	QFP ピン	GPIO	コネクタ	外部接続 信号名	拡張ボード 信号名
SIN0_0	126	P21	CN2-15	SIN0_0	[RxD1]
SIN0_1	94	P14	CN1-1	MAD00	[A0] {DIP0}
SIN0_2	114	PB4	CN2-5	AN20
SOT0_0	125	P22	CN2-16	SOT0_0	[TxD1]
SOT0_1	95	P15	CN1-2	MAD01	[A1] {DIP1}
SOT0_2	115	PB5	CN2-6	AN21	{マイク-}
SCK0_0	124	P23	-
SCK0_1	96	P16	CN1-3	MAD02	[A2] {DIP2}
SCK0_2	116	PB6	CN2-7	AN22
SIN1_0	19	P56	CN2-42	P56
SIN1_1	91	P11	CN3-38	AN01	AIN_R
SIN1_2	81	PF0	CN2-30	INT13_0	[IRQ1] {SW3}
SOT1_0	20	P57	-	FRAM_SDA
SOT1_1	92	P12	CN1-41
SOT1_2	82	PF1	CN2-31	INT14_0	[IRQ2/A20] {SW4}
SCK1_0	21	P58	-	FRAM_SCL
SCK1_1	93	P13	CN1-42
SCK1_2	83	PF2	CN2-32	INT15_0	[IRQ3/A21] {SW5}
SIN2_0	67	P72	CN1-30	MDATA07	[D7] {7セグ0h}
SIN2_1	123	P24	CN1-18	MAD17	[A17]
SIN2_2	97	P17	CN1-4	MAD03	[A3] {DIP3}
SOT2_0	68	P73	CN1-31	MDATA08	[D8] {7セグ1a}
SOT2_1	122	P25	CN1-17	MAD16	[A16]
SOT2_2	98	P18	CN1-5	MAD04	[A4] {DIP4}
SCK2_0	69	P74	CN1-32	MDATA09	[D9] {7セグ1b}
SCK2_1	121	P26	CN1-16	MAD15	[A15]
SCK2_2	99	P19	CN1-6	MAD05	[A5] {DIP5}
SIN3_0	70	P75	CN1-33	MDATA10	[D10] {7セグ1c}
SIN3_1	13	P50	CN2-23	MOEX	[nRD]
SIN3_2	58	P48	CN3-33	SIN3_2	RxD3
SOT3_0	71	P76	CN1-34	MDATA11	[D11] {7セグ1d}
SOT3_1	14	P51	CN2-21	MWEX	[nWR0/RDnWR]
SOT3_2	59	P49	CN3-34	SOT3_2	TxD3
SCK3_0	72	P77	CN1-35	MDATA12	[D12] {7セグ1e}
SCK3_1	15	P52	CN2-21	MDQM0	[nWR0/RDnWR]
SCK3_2	60	P4A	CN1-23	MDATA00	[D0] {7セグ0a}

MFS 信号名	QFP ピン	GPIO	コネクタ	外部接続 信号名	拡張ボード 信号名
SIN4_0	165	PD2	CN3-7	E_TX00	E_TX00
SIN4_1	100	P1A	CN1-7	MAD06	[A6] {DIP6}
SIN4_2	8	P05	CN2-11	SIN4_2	[RxD0] {RXD}
SOT4_0	164	PD1	CN3-8	E_TX01	E_TX01
SOT4_1	101	P1B	CN1-8	MAD07	[A7] {DIP7}
SOT4_2	9	P06	CN2-14	SOT4_2	[TxD0] {TXD}
SCK4_0	163	PD0	CN3-21	E_TX10	E_TX10
SCK4_1	102	P1C	CN1-9	MAD08	[A8] {DIP8}
SCK4_2	10	P07	CN8-15	-	nRESET_OUT
SIN5_0	169	P60	-
SIN5_1	141	P92	CN2-36	MAD21	[A21]
SIN5_2	34	P36	CN2-33	MCSX2	[nCS2/A23]
SOT5_0	168	P61	-
SOT5_1	142	P93	CN2-34	MAD22	[nCS3/A22]
SOT5_2	35	P37	CN2-34	MCSX3	[nCS3/A22]
SCK5_0	167	P62	-
SCK5_1	143	P94	CN2-33	MAD23	[nCS2/A23]
SCK5_2	36	P38	CN2-28	MCLKOUT	[BUSCLK]
SIN6_0	16	P53	CN2-22	MDQM1
SIN6_1	31	P33	CN3-42	SIN6_1	SPI_MISO
SIN6_2	170	PF3	-	LED
SOT6_0	17	P54	CN2-41	P54
SOT6_1	30	P32	CN3-41	SOT6_1	SPI_MOSI
SOT6_2	171	PF4	CN4-9	PF4
SCK6_0	18	P55	-
SCK6_1	29	P31	CN3-40	SCK6_1	SPI_CLK
SCK6_2	172	PF5	CN4-10	PF5
SIN7_0	22	P59	CN2-43	P59
SIN7_1	64	P4E	CN1-27	MDATA04	[D4] {7セグ0e}
SIN7_2	110	PB0	CN2-1	AN16	{可変抵抗}
SOT7_0	23	P5A	CN1-39	MCSX0	[nCS0]
SOT7_1	63	P4D	CN1-26	MDATA03	[D3] {7セグ0d}
SOT7_2	111	PB1	CN2-2	AN17	{温度センサ}
SCK7_0	24	P5B	CN1-40	MCSX1	[nCS1]
SCK7_1	62	P4C	CN1-25	MDATA02	[D2] {7セグ0c}
SCK7_2	112	PB2	CN2-3	AN18	{マイク+}

この表を見て分かるように、やはり、端子の数の多い外部バス・インターフェース信号と多く重なっています。 また、「コネクタ」のカラムが「-」になっている信号は、コネクタに配線されておらず、外部から利用できない信号です。 特に、SOT1_0、SCK1_0 はボード上の I2C 接続の FRAM に直結されており、この FRAM 専用となっています。 これは、FRAM は 1 MHz のクロック・スピードで駆動できるのに対して、一般的な I2C デバイスでは 100 kHz とか 400 kHz のクロック・スピードに制限されるので、遅いデバイスとは独立に接続してスピードを確保するためと思われます。 外部拡張ボードの回路に割り当てられている信号も多くあり、拡張ボードを使わず独自のベースボードを作成する場合でも、拡張ボードでの割り当てと矛盾しないような構成にするほうが賢明です。 シリアル信号関係で外部拡張ボードで使われているのは、まず、MMC / SD カードを SPI でアクセスするための MFS6 の信号 SIN6_1、SOT6_1、SCK6_1 です。 チップセレクト信号や、ライトプロテクト信号のために汎用 I/O ポートも割り付けられていますし、MFS6 には 16 バイト・ハードウェア FIFO バッファも実装されていて、MFS6 を MMC / SD カードアクセス以外の用途に使うメリットはありません。 また、USB-シリアル変換チップを介して、MFS0 (SIN0_0、SOT0_0)、MFS3 (SIN3_2、SOT3_2)、MFS4 (SIN4_2、SOT4_2) を UART として使用する構成になっています。 これらのモジュールを UART ではなく SPI や I2C の機能として使おうとすると、SCK 端子も利用する必要がありますが、対応する SCK 端子には、すでに拡張ボード上の他の機能が割り当てられており、自由には使えません。 したがって、MFS0、MFS3、MFS4 については UART 機能だけに限って使うのが有利です。 FM 音源プログラムでは、このうち、MFS3 を MIDI 入出力に、MFS0 を LCD MCU 入出力に利用していますが、その割り当ては固定的ではなく、MFS0、3、4 の中から選択できる作りにしています。 具体的には、ソース・ファイルの「TGFM3.h」の中で、マルチファンクションシリアルインターフェース・モジュールの番号を、

    #define MIDI_UART_CONFIG 3
    #define LCD_UART_CONFIG  0

と指定しています。
16 ビット・シリアル・オーディオ DAC 用の SPI としては、

    #define DAC_SPI_CONFIG 1

として、MFS1 を指定しています。
DAC は常時使用するものなので、ボード上の FRAM とは両立しません。
FRAM をアクセスするのは動作開始時だけに限り、必要な情報を読み書きした後は FRAM を使用せず、MFS1 を DAC 専用とする使い方であれば両者を活かせます。
SPI として使う MFS モジュール番号は、0、1、7 が指定可能です。