虛擬SPI時序在TC77與S3C2410通信中的應用

1 引言
    串行外圍設備接口SPI(serial peripheral interface)總線技術是Motorola公司推出的一種通用串行接口。它是一種三線同步總線，硬件功能很強。但是在數(shù)字溫度傳感器TC77與三星S3C2410處理器的通信中，由于受到數(shù)據(jù)寬度的限制，采用S3C2410現(xiàn)有SPI接口難以實現(xiàn)，為滿足嵌入式溫度采集系統(tǒng)的實際功能需求，設計了一種新的實現(xiàn)方法—嵌入式系統(tǒng)虛擬SPI時序技術，與外圍設備進行SPI通信。實踐證明，虛擬SPI時序技術實現(xiàn)的通信具有穩(wěn)定、正確、健壯、易用的特點.其系統(tǒng)功能實現(xiàn)的可靠性以及成本、功耗等方面都符合了實際要求。

2 數(shù)字溫度傳感器TC77
    TC77是Microchip公司生產的串聯(lián)可訪問數(shù)字溫度傳感器，特別適合于廉價、小尺寸應用中。溫度數(shù)據(jù)從內部溫度敏感元件轉換而來，隨時都可以轉化成13位有效數(shù)字。TC77在+25℃到+65℃范圍內，可以精確到±1.0℃。工作電流僅250 uA。如采用外部配置電阻，可以進入低功耗的關機(Shutdown)模式，電流僅0.1uA。TC77作為從設備、運行在持續(xù)轉換溫度模式下時，通過其SPI接口可與微處理器進行實時通信。其引腳如圖1，各引腳的功能見表1。
 

    由于采用虛擬SPI時序進行通信，在實現(xiàn)通信過程中，必須了解TC77傳感器數(shù)據(jù)輸入輸出的時序參數(shù)，否則無法實現(xiàn)正常通信，也就不能實現(xiàn)TC77與S3C2410的正確數(shù)據(jù)收發(fā)。TC77數(shù)據(jù)輸出時序見圖2，數(shù)據(jù)輸出時序參數(shù)見表2
 

3 基于S3C2410嵌入式硬件平臺簡介
    S3C2410處理器是三星公司基于ARM 公司的ARM920T處理器核，采用0.18微米制造工藝的微處理器。具有16KB指令和16KB數(shù)據(jù)Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND閃存控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、I/O口、RTC、8路10位ADC、Touch Screen接口、IIC-BUS接口、IIS-BUS接口、2個USB主機、1個USB設備、SD和MMC接口和2路SPI S3C2410處理器最高可運新在268MHz。

4 虛擬SPI時序在通信接口中的設計與實現(xiàn)
    雖然S3C2410本身具有SPI接口。但它與外部設備通信一次只能收發(fā)8位數(shù)據(jù)。而TC77輸出與溫度相關的數(shù)據(jù)有16位，數(shù)據(jù)寬度不一致。本系統(tǒng)采用虛擬SPI時序的方法，將S3C2410中的通用接口的某些引腳與TC77相連.如圖3所示，TC77中的電源線和地線直接與開發(fā)板的電源線與地線連接，片選信號/CS、SC、SI/O分別與通用端口中的E13、E12、E11連接。
 
圖3 采用SPI虛擬時序法、TC77與S3C2410的連接圖
    根據(jù)TC77數(shù)據(jù)輸出時序及相關參數(shù)，一次數(shù)據(jù)輸出的虛擬SPI時序步驟如下：
1.將SC和/CS置高，初始化通信，將/CS置低，延遲，進入開始接受數(shù)據(jù)狀態(tài)。
2.將SC置低，延遲。將SC置高。
3.采樣SI/O信號線上的數(shù)據(jù).延遲。
4.轉入步驟2，循環(huán)直至收到16位數(shù)據(jù)。
5.通過將/CS置高結束通信，進入停止狀態(tài)。
    虛擬SPI時序在通信接口中的實現(xiàn)如下：
(1)設備的初始化及卸載
    當設備驅動程序通過insmod程序插入到核心時。內核調用模塊的init函數(shù)，該函數(shù)名通過一個名為module-init的宏定義聲明， 比如：module-init(init-temperature)，
Static int_ _init inti-temperature(void)
{……
temperature-file=create -proc -entry ("tem",044,NULL);//建立/proc/tem文件
temperature-file->data=NULL;//無需參數(shù)
temperature-file->read-proc=&proc_read;//指向回調函數(shù)指針.該函數(shù)會存文件讀操作時執(zhí)行
temperature-file->write-proc=NULL;//無需寫文件
temperature-file->owner=THIS_MODULE;//該文件為本模塊使用
gpbase=ioremap_nicache(0x56000000,0x8O);//映射E端口虛地址
spi_con=readl(gpbase+0x40);//取出E端口控制字寄存器值
spi_dat=readl(gpbase+0x44);//取出E端口數(shù)據(jù)寄存器值
writel(spi_con&0xf03fffff|0x05000000,gpbase+0x40);//E端口中E12、El3管腳設為輸出
//模式，E11設定為輸入模式
……
}
    模塊卸載時通過用module_exit (cleanup-temperature)宏定義聲明卸載函數(shù)。、
Static void_ _exit cleanup-temperature(void)
{……
writel(gpbase+0x40,spi_con);//恢復E端口控制字
writel(gpbase+0x44,spi_dat);//恢復E端口控制字寄存器值
iounmap(gpbase);//取消虛地址映射
}
(2)溫度采集函數(shù)
Static int proc_read (char *page,char **start,off_toff,int count,int *eof,void *data)
{
int len,temperature,i;
Writel(spi_dat&0xdfff,gpbase+0x44);//E13管腳設為低電平，發(fā)出選通信號
udelay(100);
Temperature=0;
for(i=0;i<16;i++){
writel(spi_dat&0xefff,gpbase+0x44)//E12引腳設為低，即時鐘線變?yōu)榈?br />Udelay(100);
writel(spi_dat|0x1000，gpbase+0x44);//E12引腳設為高，即時鐘線變?yōu)楦?br />Udelay(100);
temperature=((temperature<<1|(readl(gpbase+0x44)
&0x0800==0x800))//讀取E11引腳狀態(tài)
}
writel(spi_dat10x02000,gpbase+0x44);//E13管腳設為高電平.取消選通狀態(tài)
temperature/=128;
len=sprintf(page,"%+d",temperature);
Return len;
}
(3)溫度數(shù)據(jù)的讀取
在用戶程序中，對設備文件/proc/temp讀取采集到的溫度值。
main()
{
……
Int fd=open("/proc/temperature"，O_RDONLY);
read(fd,bufer,buffer_length);
close(fd);
……
}

5 結論
    SPI總線現(xiàn)已廣泛應用于各種數(shù)字電路中，能夠與各種微處理器相連。尤其是在沒有設置SPI專用接口的場合，采用虛擬SPI的方法是一種簡便易行的解決方案。實踐證明，虛擬SPI時序技術實現(xiàn)的通信具有穩(wěn)定、正確、健壯、易用的特點，其系統(tǒng)功能實現(xiàn)的可靠性以及成本、功耗等方面也都能滿足相關的需求。由于Linux操作系統(tǒng)源碼開放、成熟、性能穩(wěn)定，越來越多的開發(fā)人員將其作為首要的開發(fā)平臺，本系統(tǒng)中數(shù)字溫度傳感器TC77與S3C2410的通信實例為Linux環(huán)境下嵌入式系統(tǒng)開發(fā)中遇到類似問題的解決提供了有力的參考。