嵌入式系統(tǒng)中可配置式GPIO模擬SPI總線方法

在嵌入式系統(tǒng)處理器中有相當(dāng)一部分處理器不帶SPI接口，但基丁SPI接口的設(shè)備非常豐富，此外，SPI設(shè)備的不同以及處理器對(duì)GPIO口位尋址是否支持各處理器各有不同，因而不同處理器中軟件模擬GPIO也各不相同。若能提供一種通用可配置可移植的GPIO模擬SPI總線的驅(qū)動(dòng)則能很方便快捷的訪問(wèn)SPI設(shè)備，從而提高整個(gè)嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)效率。本文針對(duì)GPIO口位尋址與否給出方面，給出了一種可配置GPIO模擬SPI總線的方法并詳細(xì)介紹了其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)過(guò)程，且具有代碼小可移植性強(qiáng)使用方便等特點(diǎn)。

1 GPIO規(guī)范

SPI是一個(gè)全雙工的串行接口。它設(shè)計(jì)成可以在一個(gè)給定總線上處理多個(gè)互聯(lián)的主機(jī)和從機(jī)。在一定數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，接口上只能有一個(gè)豐機(jī)和一個(gè)從機(jī)能夠通信。在一次數(shù)據(jù)傳輸中，主機(jī)總是向從機(jī)發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)，而從機(jī)也總是向主要發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。由于SPI總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制線即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I／O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，岡此，采用SPI總線接口可以簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I／O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。在基于SPI總線接口構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)中，通信可由主節(jié)點(diǎn)發(fā)起，也可由從節(jié)點(diǎn)發(fā)起。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信時(shí)，它可主動(dòng)對(duì)從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。工作過(guò)程敘述如下：首先選中要與之通信的從節(jié)點(diǎn)(通常片選端為低有效)，而后送出時(shí)鐘信號(hào)，讀取數(shù)據(jù)信息的操作將在時(shí)鐘的上升沿(或下降沿)進(jìn)行。每送出八個(gè)時(shí)鐘脈沖，從節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)中斷信號(hào)，該中斷信號(hào)通知上節(jié)點(diǎn)一個(gè)字節(jié)已完整接收，可發(fā)送下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。SPI接口網(wǎng)絡(luò)主從點(diǎn)需完成給出片選信號(hào)及時(shí)鐘信號(hào)，它可主動(dòng)的與各從節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息的交流；而在從節(jié)點(diǎn)主動(dòng)要求服務(wù)的情況下，它卻是一種半主動(dòng)的形式。由SPI接口技術(shù)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)接口信號(hào)線(CLK、MOSI、MISO、／SS和INT)如果輔之以相應(yīng)完備的通信協(xié)議，其服務(wù)功能必然會(huì)增強(qiáng)，相比于485等主從式分布網(wǎng)絡(luò)而言，其通信速率也應(yīng)有較人的提高。

2 GPIO模擬SPl

2.1 SPI硬件結(jié)構(gòu)

SPI接口在內(nèi)部硬件實(shí)際上足兩個(gè)簡(jiǎn)單的移位寄存器，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8位，在主器件產(chǎn)生的從器件使能信號(hào)和移位脈沖下，按位傳輸，高位在前，低位在后，SPI內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 SPI時(shí)序

在SCLK的下降沿上數(shù)據(jù)改變，同時(shí)一位數(shù)據(jù)被存入移位寄存器，SPI時(shí)序如圖2所示。

2.3 SPI寫過(guò)程模擬

采用掩碼方式實(shí)現(xiàn)位控制。

3 可配置GPIO設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

GPIO端口可分為支持位尋址和不支持位尋址，需由程序移植人員根據(jù)處理器及編譯器情況定義GPIO對(duì)應(yīng)的SPI接口，相關(guān)文件在SPIHARD.H中。

3.1 GPIO配置

3.2 實(shí)現(xiàn)配置的可移植部分

與GPIO口尋址方式無(wú)關(guān)性代碼的實(shí)現(xiàn)。

以上實(shí)現(xiàn)在EPSON S1C33L11、AT89C52、SPCE061A及PHILIPS ARM LPC2106上都得到驗(yàn)證。