摘要：嵌入式系统中，三星S3C2410处理器与数字温度传感器TC77 之间的通信由于受到数据宽度的限制，采用现有接口难以实现。本文采用虚拟SPI时序实现了TC77与S3C2410的正常通信，并给出了连接图和相应的驱动程序。该方法对嵌入式系统开发中类似的问题提供了较好的解决方案。
关键词：数字温度传感器，嵌入式Linux，虚拟SPI时序
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引脚功能
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。
参考文献：
[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].
