SPI總線在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

SPI總線在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用報告人：何普生時間：2012-12-24SPI接口介紹系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)軟件需求分析總結(jié)SPI接口介紹SPI接口簡介SPI硬件結(jié)構(gòu)SPI總線時序SPI總線應(yīng)用注意

SPI接口簡介數(shù)據(jù)通信常用的傳輸方式有串行和并行，并行方式速率快，但需要的信號線多，相比較而言，串行速率雖慢，但是需要更少的信號線，所以廣泛應(yīng)用于低速數(shù)據(jù)傳輸，在系統(tǒng)中常用的接口中串行方式的有：I２C、SPI(串行外設(shè)接口)、UART(通用異步接收/發(fā)送接口)、SPORT(串行口)和USB(通用串行設(shè)備)，并行方式的有PPI(并行外設(shè)接口)等。SPI接口的全稱是“SerialPeripheralInterface”，意為串行外設(shè)接口，是由Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的，SPI總線是一種同步串行外設(shè)接口協(xié)議的總線，具有標(biāo)準(zhǔn)的傳輸協(xié)議，而且速度快，能夠同時收發(fā)。

SPI接口是在CPU和外圍低速器件之間進(jìn)行同步串行數(shù)據(jù)傳輸，在主器件的移位脈沖下，數(shù)據(jù)按位傳輸，高位在前，低位在后，為全雙工通信，數(shù)據(jù)傳輸速度總體來說比I2C總線要快，速度可到達(dá)幾十Mbps。主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)信號處理器、數(shù)據(jù)信號解碼器、存儲器〔如靜態(tài)RAM、E2PROM和FlashEPROM等〕、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、實時時鐘〔RTC〕、顯示驅(qū)動器件〔如LED顯示驅(qū)動器件和LCD顯示驅(qū)動器〕等等。

SPI接口是以主從方式工作的，此模式通常有一個主器件和一個或多個從器件，并且同一時間內(nèi)總線上只能有一個主器件，可支持多SPI兼容設(shè)備的通信，其接口包括以下四種信號：1〕MOSI–主器件數(shù)據(jù)輸出,從器件數(shù)據(jù)輸入；

2〕MISO–主器件數(shù)據(jù)輸入,從器件數(shù)據(jù)輸出；

3〕SCLK–時鐘信號,由主器件產(chǎn)生；

4〕/SS

–從器件使能信號,由主器件控制(也稱為片選信號，常由I/O口作為片選)。SCLK用于同步主器件和從器件之間在MISO和MOSI線上的串行數(shù)據(jù)傳輸，決定傳輸?shù)乃俾剩芍髌骷敵?。單主機--多從機模式多主機--多從機模式

SPI硬件結(jié)構(gòu)片選信號常由Ｉ／Ｏ口生成未被選中是為高阻狀態(tài)

SPI總線可在軟件的控制下構(gòu)成各種簡單的或復(fù)雜的系統(tǒng),如:1個主MCU和幾個從MCU;幾個從MCU相互連接構(gòu)成多主機系統(tǒng)(分布式系統(tǒng));1個主MCU和1個或幾個從I/O設(shè)備。在大多數(shù)應(yīng)用場合中,使用1個MCU作為主機,它控制數(shù)據(jù)向1個或幾個從外圍器件的傳送。從器件只能在主機發(fā)命令時才能接收或向主機傳送數(shù)。SPI內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)框圖全雙工：在接收數(shù)據(jù)的同時也在發(fā)送數(shù)據(jù)〔即使另一端沒有發(fā)送數(shù)據(jù)〕通過存儲器映射通過存儲器映射

SPI總線時序SPI具有如下兩種工作模式：·主控模式：收發(fā)始終在SCK信號作用下，發(fā)送操作是由向SPIxBUF中寫數(shù)據(jù)而觸發(fā)〔當(dāng)有欲發(fā)送的數(shù)據(jù)時才會產(chǎn)生移位時鐘脈沖〕?！膭幽Ｊ剑涸撃Ｊ较拢谕獠繒r鐘脈沖出現(xiàn)在SCK引腳時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，并且/SS信號必須有效，假設(shè)無效，數(shù)據(jù)的發(fā)送無法進(jìn)行并且輸入的數(shù)據(jù)視為無效。CKPOL—SPIClockPolarityBit〔極性〕1=Active-lowclocksselected.InidlestateSCKishigh.低電平有效0=Active-highclocksselected.InidlestateSCKislow.高電平有效CKPHA—SPIClockPhaseBit〔相位〕1=Samplingofdataoccursatevenedges(2,4,6,...,16)oftheSCKclock前沿輸出，后沿采樣0=Samplingofdataoccursatoddedges(1,3,5,...,15)oftheSCKclock前沿采樣，后沿輸出采樣輸出SPI總線應(yīng)用注意１〕SPI總線是全雙工、同步、串行總線，主要用于擴展外設(shè)和進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；２〕SPI四線也可以改為三線〔時鐘信號線可選〕，此時，主從間通信由移位時鐘的有無決定，并且從設(shè)備必須始終保持激活狀態(tài)，且只能有一個從機；3〕與I２C比較：a〕I２C協(xié)議復(fù)雜，速度較低；SPI協(xié)議簡單，速度較高，在多從機系統(tǒng)中，每個從機需要獨立的使能信號，硬件上比I２C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些；b〕SPI沒有指定的流控制，沒有應(yīng)答機制確認(rèn)是否收到數(shù)據(jù)〔不可靠傳輸〕；c〕I２C總線中的器件相對平等〔均可成為主機〕，而SPI總線中的器件不平等〔主機與從機相對確定〕；d〕I２C總線中的主機是通過從機地址與從機通信，而SPI總線是通過主機發(fā)出的片選信號選定從機．4〕SPI缺點：a〕從機不能主動傳輸，收發(fā)都由主機控制〔解決方法：由從機通過中斷向主機提出傳輸請求，由主響應(yīng)〕；b〕因其沒有應(yīng)答機制，是一種不可靠傳輸．

注意要點作為主機時，片選引腳必須要與上拉電阻連接，并且不能作為I/O口使用；作主機時，在發(fā)送一字節(jié)數(shù)據(jù)時同時也接收一字節(jié)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)存放器與內(nèi)部移位存放器之間沒有緩沖區(qū)，寫數(shù)據(jù)存放器會使數(shù)據(jù)直接進(jìn)入移位存放器。因此，數(shù)據(jù)只能在上一次數(shù)據(jù)發(fā)送完成后寫入數(shù)據(jù)存放器；一個主機可以連接多個從機，但是一次只允許一個從機給主機發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)框圖S3C6410ARM板卡SPI接口圖SCON(串行口總匯)S3C6410ARM板卡SPI接口硬件示意圖如下：SCON引腳接口定義如下表：射頻模塊硬件實物圖圖射頻模塊硬件實物射頻模塊接口定義如下表：軟件需求分析按照硬件電路設(shè)計思路，軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)程序設(shè)計方式。軟件模塊包括：數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、數(shù)據(jù)接收模塊、UART串口模塊、CC2530射頻模塊與ARM處理器連接的SPI模塊、中斷效勞模塊。

系統(tǒng)軟件編程的根本思路：

對SPI端口、ARM處理器控制端口進(jìn)行初始化;使能SPI端口、UART端口和A/D;初始化CC2530射頻模塊芯片；開啟接收機后，運行任務(wù)程序，實現(xiàn)接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。主機SPI的根本操作步驟：·設(shè)置I/O連接；·設(shè)置SPI時鐘頻率；·設(shè)置其為主機模式，配置時鐘極性及相位；·片選從機，將數(shù)據(jù)寫入SPI數(shù)據(jù)存放器中，發(fā)送數(shù)據(jù)〔同時也在接收從機發(fā)送的數(shù)據(jù)〕；·等待發(fā)送完成標(biāo)志置位；·取消從機選擇，讀取收到的數(shù)據(jù)〔可選〕。從機SPI的根本操作步驟：·設(shè)置I/O連接；·設(shè)置其為從機模式·將數(shù)據(jù)寫入SPI數(shù)據(jù)存放器中，發(fā)送數(shù)據(jù)〔同時也在接收從機發(fā)送的數(shù)據(jù)〕；·等待發(fā)送完成標(biāo)志置位；·從接收緩沖器中讀取收到的數(shù)據(jù)。

根本硬件連