SPI和单片机技术在嵌入式系统扩展中的应用

《SPI和单片机技术在嵌入式系统扩展中的应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、万方数据ELECTRONICSWORLD·技术交流SPI@单片机技术在嵌入式系统扩展中的应用江汉大学文理学院信息技术学部邓乃君吴文【摘要】随着计算机技术、电子技术的快速发展，芯片制造成本明显降低，嵌入式系统在移动设备、数码产品等各个领域广泛应用。文中基于SPI接口集成外围单片机的方法对嵌入式系统功能进行扩展，详细阐述整个扩展方案的结构及工作原理，重点介绍Linux环-境下外围设备驱动程序的运行方法，以期为类似开发程序提供重要参考。【关键词】SPI；单片机技术；嵌入式系统；扩展近些年，对各类嵌入式系统进

2、行设计中，对系统的存储、通信需求提出更高的要求。嵌入式产品具有个性化、人性化的特征，从而受到更多商家和消费者的欢迎，促使嵌入式设备的市场竞争更加激烈。传统的嵌入式系统外部接口比较滞后，导致嵌入式系统中扩展外部设备有一定的困难。虽然芯片技术的发展提供具有强大功能的SOC层，其集成的功能、接口更加丰富，但其开发费用、生产成本极高，在市场竞争中逐渐丧失价格优势。与片上系统比较，单片机的运算能力不理想，但其价格低、开发周期短，能够基于用户需求对其功能进行灵活调整，单片机的优势更加明显。文中根据SPI接口、外围

3、单片机提出嵌入式系统功能扩展方法，通过SPI在主CPU夕b围集成单片机，借助单片机完成嵌入式系统的功能扩展。1嵌入式系统扩展方案及工作原理嵌入式系统的扩展方案的设备主要包括主CPU、单片机、外围设备三个部分，主CPU借助SPI接口实现与单片机交互数据，通过单片机已有的IO口、UART等接口扩展一系列串口、红外接口各项外围设备。外围数据经单片机处理后借助SPI总线发送至主CPU。反之，主CPU想要访问外围设备也要借助·176·电子世界SPI总线发送给单片机，通过单片机程序完成对外围设备的访问操作。系统结

4、构如图1所示。图1系统功能结构简图SPI接口也称为外围接口，数据传递速度相比IzC总线更快，能够实现主CPU与多个外围器件传输数据信息的目的。SPI接口工作方式为主从模式，需要设计一个主机和一个多个从器件传送数据。本次设计中，主CPU是以单主单从的模式与外围单面机完成点对点通信。具体应用过中，可以依据实际需求通过SPI总线在外围集成相对应的单片机控制单元，从而集成大量的外围设备。因其实际应用领域的差异，根据开发的SPI协议与单片机固件程序合理调整外围设备，在并未增加大量制造成本和开发工作量的基础上，完

5、成对嵌入式系统功能的扩展操作。同万方数据ELECTRONICSWORLD·技术交流时，外围控制单片机能够对所有集成设备采集的信息进行相应的前置处理，能够分担主CPU运算压力，提升整个嵌入系统的响应效率。2外围驱动程序结构及运行机制本系统所用的设备驱动程序基于Linux系统下进行设计，在Linux系统中，外部设备被抽象称作文件，对文件开展的各项操作也是对外部设备的操作，上述机制被称作虚拟文件系统。设备驱动程序是连接上层用户程序与机器硬件的重要接口，能够屏蔽硬件设备各项具体操作，把具体的硬件设备抽象为设备

6、文件提供给用户程序，促使应用程序能够像普通文件一样对硬件设备实施读写操作。设备驱动程序主要任务在于对设备及资源进行释放，读取并会送程序发出的信息，实现用户空间、内核空间与物理层之间的数据传递。Linux环境下LED驱动程序代码如下：#defineDEVICENAME”leds”／／加载模式后，执行”cat／proc／devices”命令看到的设备名称／／#defineLED—MAJOR231

7、卑主设备号

8、

9、应用程序执行ioctl(fd，cmd，arg)时的第2个参数宰／#defineIOCTL—LED

10、—OFFl产用于指定LED所用的GPIO弓I脚／／staticunsignedlongled—table[]-{S3C2410_GPB5，$3C2410_GPB7，●)。本次设计的扩展方法，主CPU借助SPI接口与外围单片机完成通信。对外围设备驱动程序进行设计时，设置SPI通信、单片机控制两个细节，把单片机所集成的外围设备与主CPU集成本地设备中，便于用户程序进行读写操作。2．1本地系统设备驱动程序实现过程主CPU能够直接集成本地串口设备及外围单片机扩展的串口、10设备等驱动实现过程。从本地设备驱动来

11、说，驱动程序对硬件设备展开的操作直接定义至接口函数内，如果用户程序访问设备文件，接口函数执行对硬件设备的读写等操作。如果用户程序借助串口驱动定义的接口函数对本次串口文件展开访问操作，驱动核心会把用户发出的请求传递至本地串口，通过该串口驱动底层定义硬件函数把串口数据发送至硬件设备，达到最佳的通信目的。2．2SPI协议及外围扩展设备实现过程SPI协议就是串行外围设备结构，主要应用在AD转换器、数字信号处理器、解码器、实时时钟之间，是需在芯片关节占用四根线，是