AD7888與S3C2410的SPI接口及Linux下嵌入式驅(qū)動的實(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)時時鐘(RTO)、存儲器以及LCD和LED顯示驅(qū)動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)簡單。串行A/D轉(zhuǎn)換器具有電路簡單、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)獲取一個信號，采用單端采樣模式，包含8個單端模擬輸入，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，正常工作時為2 mW，掉電狀態(tài)下為3uW?？梢赃x擇多種電源管理模式(包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后自動處于掉電模式)，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)(個人數(shù)字助理、醫(yī)療儀器、移動通信)、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1 AD7888的引腳圖

　　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個連續(xù)時鐘信號。只有在片選信號下降之后的前8個時鐘脈沖的上升沿提供的信息裝入控制寄存器。

　　圖2顯示了詳細(xì)的串行接口時序圖，串行時鐘提供了轉(zhuǎn)換時序，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個時鐘周期開始采樣輸入信號，這段時間表示為tACQ(獲取時間)。整個轉(zhuǎn)換過程還需要14.5個時鐘周期來完成，這段時間表示為tCONVERT(轉(zhuǎn)換時間)。

　　從AD7888獲取數(shù)據(jù)的整個轉(zhuǎn)換過程需要16個時鐘周期。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，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，用戶就必須提前寫入通道的地址以備下次轉(zhuǎn)換使用。

　　圖2串行接口時序圖

　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SPI口，可以實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的傳輸。每個SPI接口各有2個移位寄存器分別負(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個引腳信號：串行時鐘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

　　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。

　　圖3 AD7888與S3C2410的連接圖

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　　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)動程序，該驅(qū)動程序功能的實(shí)現(xiàn)主要由以下幾個函數(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

　　static ssize_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;

　　}

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　　(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)

　　static void spi_poll_done(void)

　　{

　　while(!(rSPSTA0&0x01));

　　}

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　　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。

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