基于SPI和单片机的嵌入式系统扩展方法.pdf

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1、MicrocomputerApplicationsVoL24,No．9，2008开发应用微型电脑应用2008年第24卷第9期文章编号：1007-757X(2008)9·0021-03基于SPI和单片机的嵌入式系统扩展方法洪亮鄢萍易润忠摘要：该文介绍了一种通过SPI总线在外围集成单片机，利用单片机对嵌入式系统进行功能扩展的方法。描述了扩展方案的体系结构和工作原理，详细阐述了linux环境下外围设备驱动程序的体系结构和运行机制。并且以Aul200SOC为例介绍了利用SPI接口和外围单片机对嵌入式系统进行功能扩展的实现过程。关键词：SPI；单片机；嵌入式；设

2、备驱动程序；扩展中图分类号：TP368文献标识码：A0引言随着计算机技术和电子技术的发展，芯片制造成本下降，嵌入式系统在信息产品、移动设备、消费类数码产品等领域的应用日益广泛。嵌入式产品的个性化和人性化设计也更为厂商和消费者所重视，激烈的市场竞争也对产品功能的可扩展性提出了更高的要求。传统的嵌入式系统应用领域相对于通用计算机更加的专门化、特殊化，嵌入式系统外部接口的标准化相对于PC也显得较为滞后，这使得在嵌入式系统中扩展外部设备较通用计算机困删¨。虽然芯片技术的发展使各种功能强大的SOC层出不穷，所集成的功能、接口也越来越丰富，但是其相应的生产成本和开

3、发费用也随之水涨船高，失去了价格优势。在面对不断变化的技术发展和用户需求时，SOC也因为缺乏灵活性，功能扩展的空间显得十分有限。相对于片上系统，单片机虽然在运算能力上稍显不足，但是其价格低，品种多，选择面广，开发周期短，可以根据用户的具体需求对功能进行灵活的配置。这些都是SOC所不具备的优势。考虑到这些优势，本文提出了一种基于SPI接口和外围单片机的嵌入式系统功能扩展方案，利用SPI接口在主CPU外围集成单片机，利用单片机灵活的扩展外围设备和各种接口，实现嵌入式系统的功能扩展。l方案体系结构及工作原理如图1所示，系统的体系结构由主CPU、从单片机和外围

4、设备三部分构成。主CPU通过sPI接口与从单片机进行数据交互，从单片机通过自身集成的10口、UART口等接u扩展出串口、并口、红外接口等多种外围设备。外围设备的数据经过从单片机前置处理后通过SPI总线发送给主CPU。同样，主CPU对外围设备的访问请求也通过SPI总线发送给从单片机，由单片机固件程序完成对外围设备的具体访问操作。这样，对于主CPU而言，就通过一个SPI接口实现了对多个外围设备的集成。图1系统功能体系结构图SPI接口的全称是”SerialPeripheralInterface”，意为串行外围接口，为全双工通信，数据传输速度总体来说比12C总

5、线要快，速度可达到几Mbps[21，完全可以满足主CPU与多个外围低速器件闻的数据传输。SPI接口是以主从方式工作的，这种模式通常有一个主器件和一个或多个从器件，数据在主机端的移位脉冲下按位传输。在本文所述的系统中，主CPU作为主机端以单主单从的形式与外围单片机进行点对点全双工通信。在实际应用中，可以根据需求以SPI总线的形式在外围集成多个单片机控制单元，从而集成更多的外围设备。根据具体应用领域的不同，通过对SPI通信协议和单片机固件程序的开发，可以针对具体的用户需求灵活地对整个系统的外围设备进行调整配置，在不明显增加制造成本和开发工作量的前提下，实现

6、对嵌入式系统功能的扩展。外围的控制单片机也可以对所集成的设备采集的信息进行一定的基金项目：国家‘'863”计划CIMS}题基金资助项目(2004AA414060)作者简价：洪亮，重庆大学制造』．程研究所，硕上研究生，重庆400030鄢萍，重庆大学制造l：狸研究所，博上，教授，博导，重庆400030易润忠，重庆大学制造工程研究所，高工，霞庆400030·21·MicrocomputerApplicationsVoL24,No．9'2008开发应用微型电脑应用2008年第24卷第9期前置处理，分担主CPU在运算上的压力，提高系统响应的实时性。2Linux系

7、统下外围设备驱动程序的设计及实现本文所述及的设备驱动程序是在Lmux系统下实现的。在Lmux系统中，外部设备被抽象为文件，对文件的操作即是对相应外部设备的操作。这一机制被称为虚拟文件系统(V'trtualFileSystemVFS)。设备驱动程序作为上层用户程序和机器硬件之间的接口，屏蔽了硬件设备工作的具体细节，将具体的硬件设备抽象为逻辑的设备文件提供给用户程序，使得应用程序可以象操作普通文件一样对硬件设备进行读写操作。设备驱动程序具体需要实现的任务包括对设备及资源的初始化和释放，读取上层程序发送给设备文件的数据并回送应用程序请求的数据，即完成用户空间

8、、内核空间、物理层之间的数据传递。在本文所述的扩展方法中，主CPU是通过SPI接口与外围单片机