1 引言

串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術(shù)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(shè)計了一種新的實現(xiàn)方法——嵌入式系統(tǒng)虛擬SPI時序技術(shù)，與外圍設(shè)備進行SPI通信。實踐證明，虛擬SPI時序技術(shù)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(chǎn)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(yīng)用中。溫度數(shù)據(jù)從內(nèi)部溫度敏感元件轉(zhuǎn)換而來，隨時都可以轉(zhuǎn)化成13位有效數(shù)字。TC77在+25°C到 +65°C范圍內(nèi)，可以精確到±1.0°C。工作電流僅250 μA。如采用外部配置電阻，可以進入低功耗的關(guān)機（Shutdown）模式，電流僅0.1 μA。TC77作為從設(shè)備、運行在持續(xù)轉(zhuǎn)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。

圖1  TC77引腳

表1  TC77引腳功能

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。

圖2   TC77數(shù)據(jù)輸出時序

表2  TC77數(shù)據(jù)輸出時序參數(shù)

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(shè)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(shè)計與實現(xiàn)

雖然S3C2410本身具有SPI接口，但它與外部設(shè)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(guān)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(guān)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(zhuǎn)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(jié)束通信，進入停止?fàn)顟B(tài)。

   虛擬SPI時序在通信接口中的實現(xiàn)如下：

（1）       設(shè)備的初始化及卸載

   當(dāng)設(shè)備驅(qū)動程序通過insmod程序插入到核心時，內(nèi)核調(diào)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-fileàdata=NULL;//無需參數(shù)

temperature-file àread-proc=&proc_read;//指向回調(diào)函數(shù)指針，該函數(shù)會在文件讀操作時執(zhí)行

temperature-file àwrite-proc=NULL;//無需寫文件

temperature-file àowner=THIS_MODULE;//該文件為本模塊使用

gpbase=ioremap_nicache(0x56000000,0x80);//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、E13管腳設(shè)為輸出

//模式，E11設(shè)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(fù)E端口控制字

  writel(gpbase+0x44,spi_dat);//恢復(fù)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_t off, int count, int *eof, void *data)

{ 

int len,temperature,i;

 Writel(spi_dat&0xdfff,gpbase+0x44);// E13管腳設(shè)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(shè)為低，即時鐘線變?yōu)榈?/span>

 Udelay(100);

writel(spi_dat|0x1000,gpbase+0x44);// E12引腳設(shè)為高，即時鐘線變?yōu)楦?/span>

 Udelay(100);

temperature=((temperature<<1|(readl(gpbase+0x44)&(0x0800= =0x0800))//讀取E11引腳狀態(tài)

}

writel(spi_dat|0x02000,gpbase+0x44);// E13管腳設(shè)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(shè)備文件/proc/temp讀取采集到的溫度值。

main()

{

   …

   Int fd=open(“/proc/temperature”,O_RDONLY );

   read(fd,buffer,buffer_length);

   close(fd);

   …

}

5 結(jié)論

   SPI總線現(xiàn)已廣泛應(yīng)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(shè)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(shù)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(guān)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]Samsung Electronics Limited. User’s Manual of S3C2410.

[2]Microchip Technology Inc. User’s Manual of TC77.

[3]Karim Yaghmour. Building Embedded Linux Systems [M]. Publisher: O’Relly&Associates, 2003

[4]Craig Hollabaugh Embedded Linux Hardware, Software, and Interfacing [M]. Publisher: Addison-Wesley, 2002