虚拟SPI时序在TC77与S3C2410通信中的应用

Archangel 2007-07-25

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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°C到 +65°C范围内，可以精确到±1.0°C。工作电流仅250 μA。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0.1 μA。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。

图1 TC77引脚

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。

图2 TC77数据输出时序

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）	—	7.0	MHz
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）	—	70	ns
tDO（SCK下跳沿到数据输出的延迟）	—	100	ns
tDIS（片选信号高电平到数据输出三态）	—	200	ns

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-fileàdata=NULL;//无需参数

temperature-file àread-proc=&proc_read;//指向回调函数指针，该函数会在文件读操作时执行

temperature-file àwrite-proc=NULL;//无需写文件

temperature-file àowner=THIS_MODULE;//该文件为本模块使用

gpbase=ioremap_nicache(0x56000000,0x80);//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、E13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_t off, 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= =0x0800))//读取E11引脚状态

}

writel(spi_dat|0x02000,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,buffer,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。