基于MPC8270的SPI驅(qū)動設(shè)計

張曼 緱麗敏

摘 要：介紹了嵌入式PowerPC處理器MPC8270的體系架構(gòu)和串行外設(shè)接口（SPI）控制器的工作原理?；赩xWorks和MPC8270嵌入式系統(tǒng)開發(fā)平臺，詳細(xì)介紹了MPC8270處理器芯片自帶的SPI驅(qū)動程序的設(shè)計實(shí)現(xiàn)過程，描述了SPI的初始化、中斷處理以及數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接收等關(guān)鍵技術(shù)?；贛PC8270的SPI設(shè)計具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：MPC8270；SPI；VxWorks操作系統(tǒng)；串行外設(shè)接口

MPC8270是廣泛應(yīng)用于通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一款通用處理器，具有強(qiáng)大的接口能力，其中自帶的SPI接口可以應(yīng)用于EEPROM、FLASH、實(shí)時時鐘、AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。本文在基于VxWorks操作系統(tǒng)的嵌入式處理器模塊上實(shí)現(xiàn)了通過SPI與AD轉(zhuǎn)換器通信，采集AD信號的功能。

本文基于VxWorks操作系統(tǒng)的SPI驅(qū)動開發(fā)，使得MPC8270上的SPI做為主設(shè)備，與SPI從設(shè)備AD7940進(jìn)行AD模擬量數(shù)據(jù)采集。

1 MPC8270處理器SPI硬件功能模型

MPC8270處理器的SPI硬件功能模型如圖1所示：

從硬件功能模型可以看出，SPI硬件接口通過配置的外部復(fù)用管腳收發(fā)SPI信號，通過SPI BRG時鐘從MPC8270處理器獲取時鐘，當(dāng)接收數(shù)據(jù)時，交換寄存器將從SPI總線上將接收的數(shù)據(jù)獲取出來，放入接收寄存器中，當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，將發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)放入交換寄存器中，通過交換寄存器送給SPI總線，發(fā)送出去。發(fā)送寄存器和接收寄存器通過MPC8270處理器內(nèi)的外部總線連接到通訊處理器內(nèi)核（CP）中。SPI總線的工作狀態(tài)包括發(fā)送接收數(shù)據(jù)長度、時鐘相位和極性設(shè)置等通過SPI模式寄存器進(jìn)行設(shè)置，SPI模式寄存器通過60x總線與CPU內(nèi)核連接。

2 SPI驅(qū)動的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

2.1 SPI初始化

SPI初始化的具體步驟如下：

1）分配管腳，配置PD16、PD17、PD18、PD19管腳對應(yīng)的PPAR寄存器對應(yīng)位為1，PDIR寄存器對應(yīng)位為0，PSOR對應(yīng)位為1。

2）分配并初始化SPI操作所需的內(nèi)存空間。Internal data ram memory map定義了內(nèi)部RAM空間，SPI parameter ram 的參數(shù)定義在這部分空間內(nèi)，接收和發(fā)送BD的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也定義在這部分空間內(nèi)，而BD的buffer pointer不定義在這部分空間內(nèi)，使用的memory空間。本項目中SPI parameter ram對應(yīng)的internal Data Ram地址為0xF00089FC，在此地址上配置SPI parameter ram對應(yīng)的地址為0xf0000100，接收緩存描述符（Receive Buffer Descriptor，RxBD）表的基地址和指針配置地址為0xf0000140，發(fā)送緩存描述符（Transmit Buffer Descriptor，TxBD）表的基地址和指針配置地址為0xf0000148。BD的個數(shù) 為1，接收緩存描述符配置的buffer pointer大小為32字節(jié)，發(fā)送緩存描述符配置的buffer pointer大小為32字節(jié)。

3）初始化SPI模式配置寄存器。SPI模式配置寄存器會配置SPI波特率、SPI傳輸數(shù)據(jù)長度、SPI主/從模式、SPI數(shù)據(jù)方向（按照從高字節(jié)到低字節(jié)，或者低字節(jié)到高字節(jié)順序發(fā)送）

4）初始化接收發(fā)送BD。初始化接收和發(fā)送BD時，需要將最后一個BD描述符的控制狀態(tài)字設(shè)置為0x2000表示這是BD table中的最后一個BD。

5）初始化SPI parameter ram。在初始化SPI parameter ram時，需要將接收BD基地址和指針設(shè)置為0xf0000140，再將發(fā)送BD基地址和指針設(shè)置為0xf0000148。

6）設(shè)置SPI Event Register和SPI Mask Register，清中斷狀態(tài)寄存器。

7）設(shè)置SPI mode 寄存器，使能SPI操作。

2.2 SPI的接收處理實(shí)現(xiàn)

SPI的接收處理是首先初始化RxBD和TxBD，雖然是接收操作，但是對于MPC8270 SPI來說接收數(shù)據(jù)的同時，會發(fā)送數(shù)據(jù)；發(fā)送數(shù)據(jù)和接收數(shù)據(jù)是在一個時鐘周期不同的沿完成的，因此，接收數(shù)據(jù)時也要初始化發(fā)送BD。設(shè)置接收BD的控制狀態(tài)字為READY，發(fā)送BD的控制狀態(tài)字為EMPTY。然后，設(shè)置SPISEL信號為零；之后，設(shè)置SPI mode寄存器為發(fā)送數(shù)據(jù)開始。

通過查詢SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器判斷接收是否結(jié)束，并查詢接收緩沖區(qū)是否正確。如果接收正確設(shè)置SPISEL信號為1，并從接收BD中讀取有效數(shù)據(jù)。如果出錯則返回錯誤。

SPI接收處理實(shí)現(xiàn)如下。

2.3 SPI的發(fā)送處理實(shí)現(xiàn)

SPI的發(fā)送處理是首先初始化RxBD和TxBD，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)拷貝到發(fā)送BD的buffer中，設(shè)置發(fā)送BD的控制狀態(tài)字為EMPTY，接收BD的控制狀態(tài)字為READY。然后，設(shè)置SPISEL信號為零；之后，設(shè)置SPI mode寄存器為發(fā)送數(shù)據(jù)開始。

通過查詢SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器判斷發(fā)送是否結(jié)束，并查詢發(fā)送數(shù)據(jù)是否正確。如果發(fā)送正確設(shè)置SPISEL信號為1。如果出錯則返回錯誤。

SPI發(fā)送實(shí)現(xiàn)處理實(shí)現(xiàn)如下。

2.4 中斷處理

MPC8270 SPI在連續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)時，每完成一次發(fā)送或者接收數(shù)據(jù)后，都需要清中斷狀態(tài)標(biāo)志寄存器SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器，否則連續(xù)傳輸時，會出現(xiàn)錯誤。

3 性能測試結(jié)果分析

通過測試設(shè)備對SPI進(jìn)行測試，在25M波特率下，連續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)3600s，收發(fā)數(shù)據(jù)正確，丟包率為0。在12.5M波特率下，連續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)3600s，收發(fā)數(shù)據(jù)正確，丟包率為0。在6.25M波特率下，連續(xù)收發(fā)數(shù)據(jù)3600s，收發(fā)數(shù)據(jù)正常，丟包率為0。通過長時間的數(shù)據(jù)收發(fā)測試，驗證了SPI驅(qū)動程序的穩(wěn)定性和可靠性。

4 結(jié)語

通過性能測試說明，利用低功耗，通訊處理能力強(qiáng)的MPC8270的SPI接口，可以比較容易的實(shí)現(xiàn)SPI通訊處理。本文介紹了MPC8270內(nèi)部的SPI的通訊原理及驅(qū)動程序設(shè)計方法，對其他的設(shè)計應(yīng)用有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] Freescale.MPC8280Power QUICCII Family Reference Manual[EB/OL].[2013-03-18].http：//www.freescale.com.

[2] Freescale.PowerQUICCⅡ Family Hardware Specifications[EB/OL].[2013-03-25].http：//www.freescale.com.

作者簡介：

張曼（1982-），女，陜西西安人，碩士，工程師，嵌入式計算機(jī)軟硬件開發(fā)；

緱麗敏（1986-），女，陜西西安人，碩士，工程師，研究方向為嵌入式計算機(jī)設(shè)計等。