虛擬SPI時序在TC77與S3C2410通信中的應用

1 引言
    串列外圍設備介面SPI(serial peripheral interface)匯流排技術是Motorola公司推出的一種通用串列介面。它是一種三線同步匯流排，硬體功能很強。但是在數字溫度感測器TC77與三星S3C2410處理器的通信中，由於受到數據寬度的限制，採用S3C2410現有SPI介面難以實現，為滿足嵌入式溫度採集系統的實際功能需求，設計了一種新的實現方法—嵌入式系統虛擬SPI時序技術，與外圍設備進行SPI通信。實踐證明，虛擬SPI時序技術實現的通信具有穩定、正確、健壯、易用的特點.其系統功能實現的可靠性以及成本、功耗等方面都符合了實際要求。

2 數字溫度感測器TC77
    TC77是Microchip公司生產的串聯可訪問數字溫度感測器，特別適合於廉價、小尺寸應用中。溫度數據從內部溫度敏感元件轉換而來，隨時都可以轉化成13位有效數字。TC77在+25℃到+65℃範圍內，可以精確到±1.0℃。工作電流僅250 uA。如採用外部配置電阻，可以進入低功耗的關機(Shutdown)模式，電流僅0.1uA。TC77作為從設備、運行在持續轉換溫度模式下時，通過其SPI介面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。
 

    由於採用虛擬SPI時序進行通信，在實現通信過程中，必須了解TC77感測器數據輸入輸出的時序參數，否則無法實現正常通信，也就不能實現TC77與S3C2410的正確數據收發。TC77數據輸出時序見圖2，數據輸出時序參數見表2
 

3 基於S3C2410嵌入式硬體平台簡介
    S3C2410處理器是三星公司基於ARM 公司的ARM920T處理器核，採用0.18微米製造工藝的微處理器。具有16KB指令和16KB數據Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND快閃記憶體控制器、3路UART、4路DMA、4路帶PWM的Timer、I/O口、RTC、8路10位ADC、Touch Screen介面、IIC-BUS介面、IIS-BUS介面、2個USB主機、1個USB設備、SD和MMC介面和2路SPI S3C2410處理器最高可運新在268MHz。

4 虛擬SPI時序在通信介面中的設計與實現
    雖然S3C2410本身具有SPI介面。但它與外部設備通信一次只能收發8位數據。而TC77輸出與溫度相關的數據有16位，數據寬度不一致。本系統採用虛擬SPI時序的方法，將S3C2410中的通用介面的某些引腳與TC77相連.如圖3所示，TC77中的電源線和地線直接與開發板的電源線與地線連接，片選信號/CS、SC、SI/O分別與通用埠中的E13、E12、E11連接。
 
圖3 採用SPI虛擬時序法、TC77與S3C2410的連接圖
    根據TC77數據輸出時序及相關參數，一次數據輸出的虛擬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，進入開始接受數據狀態。
2.將SC置低，延遲。將SC置高。
3.採樣SI/O信號線上的數據.延遲。
4.轉入步驟2，循環直至收到16位數據。
5.通過將/CS置高結束通信，進入停止狀態。
    虛擬SPI時序在通信介面中的實現如下：
(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，該函數名通過一個名為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
temperature-file->read-proc=&proc_read;//指向回調函數指針.該函數會存文件讀操作時執行
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埠虛地址
spi_con=readl(gpbase+0x40);//取出E埠控制字寄存器值
spi_dat=readl(gpbase+0x44);//取出E埠數據寄存器值
writel(spi_con&0xf03fffff|0x05000000,gpbase+0x40);//E埠中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。、
Static void_ _exit cleanup-temperature(void)
{……
writel(gpbase+0x40,spi_con);//恢復E埠控制字
writel(gpbase+0x44,spi_dat);//恢復E埠控制字寄存器值
iounmap(gpbase);//取消虛地址映射
}
(2)溫度採集函數
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，即時鐘線變為低
Udelay(100);
writel(spi_dat|0x1000，gpbase+0x44);//E12引腳設為高，即時鐘線變為高
Udelay(100);
temperature=((temperature<<1|(readl(gpbase+0x44)
&0x0800==0x800))//讀取E11引腳狀態
}
writel(spi_dat10x02000,gpbase+0x44);//E13管腳設為高電平.取消選通狀態
temperature/=128;
len=sprintf(page,"%+d",temperature);
Return len;
}
(3)溫度數據的讀取
在用戶程序中，對設備文件/proc/temp讀取採集到的溫度值。
main()
{
……
Int fd=open("/proc/temperature"，O_RDONLY);
read(fd,bufer,buffer_length);
close(fd);
……
}

5 結論
    SPI匯流排現已廣泛應用於各種數字電路中，能夠與各種微處理器相連。尤其是在沒有設置SPI專用介面的場合，採用虛擬SPI的方法是一種簡便易行的解決方案。實踐證明，虛擬SPI時序技術實現的通信具有穩定、正確、健壯、易用的特點，其系統功能實現的可靠性以及成本、功耗等方面也都能滿足相關的需求。由於Linux操作系統源碼開放、成熟、性能穩定，越來越多的開發人員將其作為首要的開發平台，本系統中數字溫度感測器TC77與S3C2410的通信實例為Linux環境下嵌入式系統開發中遇到類似問題的解決提供了有力的參考。