虚拟SPI时序在TC77与S3C2410通信中的应用
摘要： SPI总线现已广泛应用于各种数字电路中，能够与各种微处理器相连。尤其是在没有设置SPI专用接口的场合，采用虚拟SPI的方法是一种简便易行的解决方案。实践证明，虚拟SPI时序技术实现的通信具有稳定、正确、健壮、易用的特点，其系统功能实现的可靠性以及成本、功耗等方面也都能满足相关的需求。
1 引言
串行外围设备接口SPI(serial peripheral interface)总线技术是Motorola公司推出的一种通用串行接口。它是一种三线同步总线，硬件功能很强。但是在数字温度传感器TC77与三星S3C2410处理器的通信中，由于受到数据宽度的限制，采用S3C2410现有SPI接口难以实现，为满足嵌入式温度采集系统的实际功能需求，设计了一种新的实现方法—嵌入式系统虚拟SPI时序技术，与外围设备进行SPI通信。实践证明，虚拟SPI时序技术实现的通信具有稳定、正确、健壮、易用的特点.其系统功能实现的可靠性以及成本、功耗等方面都符合了实际要求。
2 数字温度传感器TC77
TC77是Microchip公司生产的串联可访问数字温度传感器，特别适合于廉价、小尺寸应用中。温度数据从内部温度敏感元件转换而来，随时都可以转化成13位有效数字。TC77在+25℃到+65℃范围内，可以精确到±1.0℃。工作电流仅250 uA。如采用外部配置电阻，可以进入低功耗的关机(Shutdown)模式，电流仅0.1uA。TC77作为从设备、运行在持续转换温度模式下时，通过其SPI接口可与微处理器进行实时通信。其引脚如图1，各引脚的功能见表1。
表1 TC77引脚功能引脚引脚功能
SI/O串行数据输入/输出
SCK 串行时钟信号
Vss 地
/CS 片选(低电平有效)
VDD 电源输入(2.7V至5.5V有效)
由于采用虚拟SPI时序进行通信，在实现通信过程中，必须了解TC77传感器数据输入输出的时序参数，否则无法实现正常通信，也就不能实现TC77与S3C2410的正确数据收发。TC77数据输出时序见图2，数据输出时序参数见表2
表2 TC77数据输出时序参数参数最小值最大值单位
fCLK (时钟频率)-7.0MHz
tcs-sck(片选信号下跳沿到第一个SCK上升沿)100-ns
tCS-SI/O(片选信号低到数据输出延迟) -70ns
tDO(SCK下跳沿到数据输出的延迟)-100ns
tDS(片选信号高电平到数据-200ns
3 基于S3C2410嵌入式硬件平台简介
S3C2410处理器是三星公司基于ARM 公司的ARM920T处理器核，采用0.18微米制造工艺的微处理器。具有16KB指令和16KB数据Cache、MMU、支持TFT的LCD控制器、NAND闪存控制器、3路UART、4路DMA、4路带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个USB主机、1个USB设备、SD和MMC接口和2路SPI S3C2410处理器最高可运新在268MHz。
4 虚拟SPI时序在通信接口中的设计与实现
虽然S3C2410本身具有SPI接口。但它与外部设备通信一次只能收发8位数据。而TC77输出与温度相关的数据有16位，数据宽度不一致。本系统采用虚拟SPI时序的方法，将S3C2410中的通用接口的某些引脚与TC77相连.如图3所示，TC77中的电源线和地线直接与开发板的电源线与地线连接，片选信号/CS、SC、SI/O分别与通用端口中的E13、E12、E11连接。
图3 采用SPI虚拟时序法、TC77与S3C2410的连接图
根据TC77数据输出时序及相关参数，一次数据输出的虚拟SPI时序步骤如下：
1.将SC和/CS置高，初始化通信，将/CS置低，延迟，进入开始接受数据状态。
2.将SC置低，延迟。将SC置高。
3.采样SI/O信号线上的数据.延迟。
4.转入步骤2，循环直至收到16位数据。
5.通过将/CS置高结束通信，进入停止状态。
虚拟SPI时序在通信接口中的实现如下：
(1)设备的初始化及卸载
当设备驱动程序通过insmod程序插入到核心时。内核调用模块的init函数，该函数名通过一个名为module-init的宏定义声明， 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;//无需参数
temperature-file->read-proc=&proc_read;//指向回调函数指针.该函数会存文件读操作时执行
temperature-file->write-proc=NULL;//无需写文件
temperature-file->owner=THIS_MODULE;//该文件为本模块使用
gpbase=ioremap_nicache(0x56000000，0x8O);//映射E端口虚地址
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端口数据寄存器值
writel(spi_con&0xf03fffff|0x05000000，gpbase+0x40);//E端口中E12、El3管脚设为输出
//模式，E11设定为输入模式
……
}
模块卸载时通过用module_exit (cleanup-temperature)宏定义声明卸载函数。、
Static void_ _exit cleanup-temperature(void)
{……
writel(gpbase+0x40，spi_con);//恢复E端口控制字
writel(gpbase+0x44，spi_dat);//恢复E端口控制字寄存器值
iounmap(gpbase);//取消虚地址映射
}
(2)温度采集函数
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管脚设为低电平，发出选通信号
udelay(100);
Temperature=0;
for(i=0;i<16;i++){
writel(spi_dat&0xefff，gpbase+0x44)//E12引脚设为低，即时钟线变为低
Udelay(100);
writel(spi_dat|0x1000，gpbase+0x44);//E12引脚设为高，即时钟线变为高
Udelay(100);
temperature=((temperature<<1|(readl(gpbase+0x44)
&0x0800==0x800))//读取E11引脚状态
}
writel(spi_dat10x02000，gpbase+0x44);//E13管脚设为高电平.取消选通状态
temperature/=128;
len=sprintf(page，"%+d"，temperature);
Return len;
}
(3)温度数据的读取
在用户程序中，对设备文件/proc/temp读取采集到的温度值。
main()
{
……
Int fd=open("/proc/temperature"，O_RDONLY);
read(fd，bufer，buffer_length);
close(fd);
……
}
5 结论
SPI总线现已广泛应用于各种数字电路中，能够与各种微处理器相连。尤其是在没有设置SPI专用接口的场合，采用虚拟SPI的方法是一种简便易行的解决方案。实践证明，虚拟SPI时序技术实现的通信具有稳定、正确、健壮、易用的特点，其系统功能实现的可靠性以及成本、功耗等方面也都能满足相关的需求。由于Linux操作系统源码开放、成熟、性能稳定，越来越多的开发人员将其作为首要的开发平台，本系统中数字温度传感器TC77与S3C2410的通信实例为Linux环境下嵌入式系统开发中遇到类似问题的解决提供了有力的参考。
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