GPIO模拟SPI

用GPIO模拟SPI协议的实现一SPI协议概括SPI，是英语SerialPeripheralinterface的缩写，顾名思义就是串行外围设备接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列处理器上定义的。SPI接口主要应用在EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200.SPI的通信原理很简单，它以主从方式工作，这种模式通常有一个主设备和一个或多个从设备，需要至少4根线，事实上3根也可以（单向传输时）。也是所有基于SPI的设备共有的，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。（1）SDO–主设备数据输出，从设备数据输入（2）SDI–主设备数据输入，从设备数据输出（3）SCLK–时钟信号，由主设备产生（4）CS–从设备使能信号，由主设备控制其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效。这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。接下来就负责通讯的3根线了。通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。这样传输的特点：这样的传输方式有一个优点，与普通的串行通讯不同，普通的串行通讯一次连续传送至少8位数据，而SPI允许数据一位一位的传送，甚至允许暂停，因为SCK时钟线由主控设备控制，当没有时钟跳变时，从设备不采集或传送数据。也就是说，主设备通过对SCK时钟线的控制可以完成对通讯的控制。SPI还是一个数据交换协议：因为SPI的数据输入和输出线独立，所以允许同时完成数据的输入和输出。不同的SPI设备的实现方式不尽相同，主要是数据改变和采集的时间不同，在时钟信号上沿或下沿采集有不同定义，具体请参考相关器件的文档。在点对点的通信中，SPI接口不需要进行寻址操作，且为全双工通信，显得简单高效。在多个从设备的系统中，每个从设备需要独立的使能信号，硬件上比I2C系统要稍微复杂一些。最后，SPI接口的一个缺点：没有指定的流控制，没有应答机制确认是否接收到数据。AT91RM9200的SPI接口主要由4个引脚构成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS，其中SPICLK是整个SPI总线的公用时钟，MOSI、MISO作为主机，从机的输入输出的标志，MOSI是主机的输出，从机的输入，MISO是主机的输入，从机的输出。/SS是从机的标志管脚，在互相通信的两个SPI总线的器件，/SS管脚的电平低的是从机，相反/SS管脚的电平高的是主机。在一个SPI通信系统中，必须有主机。SPI总线可以配置成单主单从，单主多从，互为主从。SPI的片选可以扩充选择16个外设,这时PCS输出=NPCS,说NPCS0~3接4-16译码器,这个译码器是需要外接4-16译码器，译码器的输入为NPCS0~3，输出用于16个外设的选择。详细的SPI规范可参考SPI协议。二GPIO模拟SPI的实现下面将结合本人项目中的经验来详细描述如何用GPIO来模拟SPI协议项目中要求实现一块LCD为ssd1815br1的驱动，它与BB的通信使用SPI协议，由于BB上SPI总线已使用完，因此考虑使用GPIO来模拟实现。GPIO对应SPI引脚的关系如下：（1）SDO–GPIO0（BB到LCD的数据线）（2）SDI–无，因为暂时不需要BB接收来自LCD的数据（3）SCLK–GPIO1（4）CS–接地，使LCD一直处于使能状态。接下来就是要实现SPI的协议了，SPI有4种传输模式：开发者可根据具体设备使用的是哪种模式来实现之，我们项目种的这块LCD的模式为CPOL=1,CPHA=1.具体实现如下：#defineSPI_DATAGPIO0#defineSPI_CLKGPIO1voidspi_write(chardata){int8i=7;uint8mask[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};for(;i=0;i--){gpio_out(SPI_CLK,GPIO_LOW_VALUE);gpio_out(SPI_DATA,((data&mask[i])i));spi_delay(10);gpio_out(SPI_CLK,GPIO_HIGH_VALUE);spi_delay(10);}}实际上模拟SPI是很简单的事情，只要对照SPI传输模式的时序图来模拟就行了。需要注意的是一定要有个等待时间，以使数据在数据线上稳定下来，并使设备端有时间取数据。刚开始调试的时候可以适当把等待时间延长一点，当调通了SPI后在降下等待时间。我写的等待时间如下：#definespi_delay(delay)\{\registeruint32i=0;\while(idelay){\__asm{\NOP;\NOP;\NOP;\NOP;\};\i-=4;\}\}呵呵，整个过程就是这样简单。嵌入式系统中可配置式GPIO模拟SPI总线方法的设计与实现在嵌入式系统处理器中有相当一部分处理器不带SPI接口，但基丁SPI接口的设备非常丰富，此外，SPI设备的不同以及处理器对GPIO口位寻址是否支持各处理器各有不同，因而不同处理器中软件模拟GPIO也各不相同。若能提供一种通用可配置可移植的GPIO模拟SPI总线的驱动则能很方便快捷的访问SPI设备，从而提高整个嵌入式系统的开发效率。本文针对GPIO口位寻址与否给出方面，给出了一种可配置GPIO模拟SPI总线的方法并详细介绍了其设计与实现过程，且具有代码小可移植性强使用方便等特点。1GPIO规范SPI是一个全双工的串行接口。它设计成可以在一个给定总线上处理多个互联的主机和从机。在一定数据传输过程中，接口上只能有一个丰机和一个从机能够通信。在一次数据传输中，主机总是向从机发送一个字节数据，而从机也总是向主要发送一个字节数据。可以使MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。由于SPI总线一共只需3～4位数据线和控制线即可实现与具有SPI总线接口功能的各种I／O器件进行接口，而扩展并行总线则需要8根数据线、8～16位地址线、2～3位控制线，冈此，采用SPI总线接口可以简化电路设计，节省很多常规电路中的接口器件和I／O口线，提高设计的可靠性。在基于SPI总线接口构成的通信网络中，通信可由主节点发起，也可由从节点发起。当主节点发起通信时，它可主动对从节点进行数据的读写操作。工作过程叙述如下：首先选中要与之通信的从节点(通常片选端为低有效)，而后送出时钟信号，读取数据信息的操作将在时钟的上升沿(或下降沿)进行。每送出八个时钟脉冲，从节点产生一个中断信号，该中断信号通知上节点一个字节已完整接收，可发送下一个字节的数据。SPI接口网络主从点需完成给出片选信号及时钟信号，它可主动的与各从节点进行信息的交流；而在从节点主动要求服务的情况下，它却是一种半主动的形式。由SPI接口技术构成的网络接口信号线(CLK、MOSI、MISO、／SS和INT)如果辅之以相应完备的通信协议，其服务功能必然会增强，相比于485等主从式分布网络而言，其通信速率也应有较人的提高。2GPIO模拟SPl2.1SPI硬件结构SPI接口在内部硬件实际上足两个简单的移位寄存器，传输的数据为8位，在主器件产生的从器件使能信号和移位脉冲下，按位传输，高位在前，低位在后，SPI内部硬件结构如图1所示。2.2SPI时序在SCLK的下降沿上数据改变，同时一位数据被存入移位寄存器，SPI时序如图2所示。2.3SPI写过程模拟采用掩码方式实现位控制。3可配置GPIO设计与实现GPIO端口可分为支持位寻址和不支持位寻址，需由程序移植人员根据处理器及编译器情况定义GPIO对应的SPI接口，相关文件在SPIHARD.H中。3.1GPIO配置3.2实现配置的可移植部分与GPIO口寻址方式无关性代码的实现。以上实现在EPSONS1C33L11、AT89C52、SPCE061A及PHILIPSARMLPC2106上都得到验证。