基于S3C2410的串行外圍設(shè)備接口SPI及Linux下嵌入式驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)

串行外圍設(shè)備接口SPI（serial peripheral interface）總線技術(shù)是Motorola公司推出的一種同步串行接口，它允許CPU與TTL移位寄存器、A/D或D/A轉(zhuǎn)換器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘 （RTO）、存儲(chǔ)器以及LCD和LED顯示驅(qū)動(dòng)器等外圍接口器件以串行方式進(jìn)行通訊。

SPI總線只需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可擴(kuò)展具有SPI接口的各種I/O器件，其硬件功能很強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)軟件相當(dāng)簡(jiǎn)單。串行A/D轉(zhuǎn)換器具有電路簡(jiǎn)單、工作可靠的特點(diǎn)，而ARM芯片被設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備以及普通的嵌人式應(yīng)用的集成系統(tǒng)，將上述兩種實(shí)用的芯片和SPI總線技術(shù)相結(jié)合以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集十分有效。

1 AD7888的功能與使用

AD7888是美國(guó)模擬器件公司推出的一款高速低功耗12位A/D轉(zhuǎn)換器，采用2.7～5.25 V單電源供電，最大通過率可達(dá)到125 kSPS。AD7888的輸入采樣/保持電路在500 ns內(nèi)獲取一個(gè)信號(hào)，采用單端采樣模式，包含8個(gè)單端模擬輸入，模擬輸入電壓從0到VREF。AD7888有2.5 V的片內(nèi)基準(zhǔn)電壓，也可以使用外部基準(zhǔn)電壓，范圍從1.2 V到VDD。CMOS制造工藝確保了低功耗，正常工作時(shí)為2 mW，掉電狀態(tài)下為3uW。可以選擇多種電源管理模式（包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后自動(dòng)處于掉電模式），與多種串行接口兼容（SPI/QSPI/MICOWIRE /DSP）。AD7888可廣泛應(yīng)用于電池供電系統(tǒng)（個(gè)人數(shù)字助理、醫(yī)療儀器、移動(dòng)通信）、儀表控制系統(tǒng)和高速調(diào)制/解調(diào)器等領(lǐng)域。該器件采用16腳SOIC和TSSOP外形封裝，外形及引腳定義見圖1和表1。

圖2 顯示了詳細(xì)的串行接口時(shí)序圖，串行時(shí)鐘提供了轉(zhuǎn)換時(shí)序，且控制AD7888轉(zhuǎn)換信息的輸入輸出。CS初始化數(shù)據(jù)傳送和轉(zhuǎn)換處理。在其下降沿之后的1.5個(gè)時(shí)鐘周期開始采樣輸入信號(hào)，這段時(shí)間表示為tACQ（獲取時(shí)間）。整個(gè)轉(zhuǎn)換過程還需要14.5個(gè)時(shí)鐘周期來完成，這段時(shí)間表示為tCONVERT（轉(zhuǎn)換時(shí)間）。

從AD7888獲取數(shù)據(jù)的整個(gè)轉(zhuǎn)換過程需要16個(gè)時(shí)鐘周期。CS上升沿之后，總線返回高阻狀態(tài)。如果CS繼續(xù)保持低電平，則準(zhǔn)備新一輪的轉(zhuǎn)換。進(jìn)行采樣的輸入通道的選擇是提前寫入控制寄存器的，因此在轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶必須提前寫入以備通道的轉(zhuǎn)換。也就是說，在進(jìn)行當(dāng)前轉(zhuǎn)換時(shí)，用戶就必須提前寫入通道的地址以備下次轉(zhuǎn)換使用。

2 S3C2410的主要功能

S3C2410是三星公司推出的采用RISC結(jié)構(gòu)的16/32位微處理器。它基于ARM920T內(nèi)核，采用五級(jí)流水線和哈佛結(jié)構(gòu)，最高頻率可達(dá) 203 MHz，是高性能和低功耗的硬宏單元。ARM920T具有增強(qiáng)ARM體系的MMU（支持WinCE，EPOC 32和Linux）、16kB的指令和數(shù)據(jù)高速緩存以及高速AMBA總線接口。

S3C2410被設(shè)計(jì)用于手持設(shè)備以及普通的嵌入式應(yīng)用的集成系統(tǒng)，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的成本，S3C2410還包括下面的部分：LCD控制器 （STN&TFT）、NAND Flash引導(dǎo)裝入程序、系統(tǒng)管理（片選邏輯和SDRAM控制器）、3通道UART，4通道DMA、4通道PWM時(shí)鐘、I/O口、RTC、8通道10位 ADC及觸摸屏接口、IIC總線接口、IIS總線接口、USB主口和USB設(shè)備口、SD主口和多媒體卡接口、2通道SPI和2通道PLL。

S3C2410有2個(gè)SPI口，可以實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳輸。每個(gè)SPI接口各有2個(gè)移位寄存器分別負(fù)責(zé)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在傳送數(shù)據(jù)期間，發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)是同步進(jìn)行的，傳送的頻率可由相應(yīng)的控制寄存器設(shè)定。如果只想發(fā)送數(shù)據(jù)，則接收數(shù)據(jù)為啞元；如果只想接收數(shù)據(jù)。則需發(fā)送啞元“0xff”。 SPI接口共有4個(gè)引腳信號(hào)：串行時(shí)鐘SCK（SPICLK0，1）、主入從出MISO（SPICLK0，1）和主出從入MOSI（SPIMOSI0， 1）數(shù)據(jù)線、低電平有效引腳/SS（nSSO，1）。

S3C2410的SPI接口具有如下特點(diǎn)

（1）兼容SPI協(xié)議（ver.2.11）；

（2）有分別用于發(fā)送和接收的8位移位寄存器；

（3）有設(shè)定傳送頻率的8位寄存器；

（4）有輪詢、中斷和DMA三種傳送模式。

3 接口與驅(qū)動(dòng)

根據(jù)S3C2410的SPI特點(diǎn)及AD7888的工作原理確定其接口如圖3所示。

AD7888的控制寄存器是8位只寫寄存器。數(shù)據(jù)在SCLK的上升沿從DIN引腳載人，同時(shí)獲取外部模擬量轉(zhuǎn)換的結(jié)果。每次數(shù)據(jù)的傳輸需要準(zhǔn)備16個(gè)連續(xù)時(shí)鐘信號(hào)。只有在片選信號(hào)下降之后的前8個(gè)時(shí)鐘脈沖的上升沿提供的信息裝入控制寄存器。

為了實(shí)現(xiàn)S3C2410和AD7888在嵌入式Linux下的高速A/D轉(zhuǎn)換，還編寫了兩者接口的驅(qū)動(dòng)程序，該驅(qū)動(dòng)程序功能的實(shí)現(xiàn)主要由以下幾個(gè)函數(shù)完成。

（1）Init_SPI（）完成SPI的初始化

void Init_SPI（void）

{

int i;

rSPPRE0=0x32;

rSPCON0=0x1e;

for（i=0;i<10;i++）

rSPTDAT0=0xff;

rGPECON |=0x0a800000;

rGPECON&=（~0x05400000）；

rGPEUP |=0x3800;

//GPH5----->CS

rGPHCON |=0x0400;

rGPHCON&=（~0x0800）；

rGPHUP&=（~0x20）；

rGPHDAT |=0x20;

}

（2）ad_wr（）寫入要求A/D轉(zhuǎn)換的通道

statICssize_t ad_wr（struCt file *file,const char *bur,size_t count,loft_t *offset）

{

int ret=“0”;

int i=“0”;

dbuf=“kmalLOC”（count *sizeof（unsigned char），GFP_KERNEL）；

copy_from_user（dbuf,bur,count）；

for（i=0;i ADTXdata[i]=dbuf[i];

kfree（dbuf）；

return ret;

}

（3）ad_rd（）得到A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果

statie ssize_t ad_rd（struet file *file,char *bur,size_t count,loft t *offset）

{

int ret=“0”;

int i=“0”;

ad_convert（）；

ad_convert（）；

dbuf=“kmalloc”（count *sizeof（unsigned char），GFP KERNEL）；

for（i=0;i dbuf[i]=ADRXdata[i];

copy_to_user（bur,dbuf,count）；

kfree（dbuf）；

return ret;

}

（4）ad_convert（）實(shí)際完成A/D轉(zhuǎn)換

void ad_convert（void）

{

rGPHDAT&=（~0x20）；

udelay（100000）；

spi_tx_data（ADTXdata[0]）；

ADRXdata[0]=rSPRDATO;

spi_tx_data（0xff）；

ADRXdata [1 ]=rSPRDATO;

rGPHDAT |=0x20;

}

（5）spi_tx_data（）完成發(fā)送數(shù)據(jù)

void spi_tx_data（unsigned char data）

{

spi_poll_done（）；

rSPTDAT0=data;

spi_poll_done（）；

}

（6）spi_poll_done（）輪詢SPI狀態(tài)

statICvoid spi_poll_done（void）

{

while（?。╮SPSTA0&0x01））；

}

說明：1）ADTXdata和ADRXdata是unsigned char的全局?jǐn)?shù)組變量，分別負(fù)責(zé)存放AD7888的控制寄存器數(shù)據(jù)和A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。2）ad_rd（）中ad_convert（）調(diào)用了2次，第1 次調(diào)用用于通知要采某通道的數(shù)據(jù)，第2次調(diào)用用于得到該通道A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。這樣雖然犧牲了一些轉(zhuǎn)換的速度，但可使應(yīng)用程序編程更加直觀。

4 結(jié)論

應(yīng)用帶SPI接口的串行A/D轉(zhuǎn)換器占用較少的微處理器I/O資源，硬件聯(lián)接簡(jiǎn)單、軟件易于實(shí)現(xiàn)，程序運(yùn)行效率高。帶有SPI接口的串行A/D 轉(zhuǎn)換器和ARM微處理器的結(jié)合可廣泛應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的掌上設(shè)備及其他嵌入式的系統(tǒng)，如：醫(yī)療儀器、通信設(shè)備、抄表設(shè)備等領(lǐng)域。