基于MPC8270的SPI驅動設計

張曼 緱麗敏

摘 要：介紹了嵌入式PowerPC處理器MPC8270的體系架構和串行外設接口（SPI）控制器的工作原理。基于VxWorks和MPC8270嵌入式系統開發平臺，詳細介紹了MPC8270處理器芯片自帶的SPI驅動程序的設計實現過程，描述了SPI的初始化、中斷處理以及數據發送、數據接收等關鍵技術。基于MPC8270的SPI設計具有較強的實用性。

關鍵詞：MPC8270；SPI；VxWorks操作系統；串行外設接口

MPC8270是廣泛應用于通信和網絡系統的一款通用處理器，具有強大的接口能力，其中自帶的SPI接口可以應用于EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器，還有數字信號處理器和數字信號解碼器之間。本文在基于VxWorks操作系統的嵌入式處理器模塊上實現了通過SPI與AD轉換器通信，采集AD信號的功能。

本文基于VxWorks操作系統的SPI驅動開發，使得MPC8270上的SPI做為主設備，與SPI從設備AD7940進行AD模擬量數據采集。

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用管腳收發SPI信號，通過SPI BRG時鐘從MPC8270處理器獲取時鐘，當接收數據時，交換寄存器將從SPI總線上將接收的數據獲取出來，放入接收寄存器中，當發送數據時，將發送數據寄存器中的數放入交換寄存器中，通過交換寄存器送給SPI總線，發送出去。發送寄存器和接收寄存器通過MPC8270處理器內的外部總線連接到通訊處理器內核（CP）中。SPI總線的工作狀態包括發送接收數據長度、時鐘相位和極性設置等通過SPI模式寄存器進行設置，SPI模式寄存器通過60x總線與CPU內核連接。

2 SPI驅動的設計與實現

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管腳對應的PPAR寄存器對應位為1，PDIR寄存器對應位為0，PSOR對應位為1。

2）分配并初始化SPI操作所需的內存空間。Internal data ram memory map定義了內部RAM空間，SPI parameter ram 的參數定義在這部分空間內，接收和發送BD的數據結構也定義在這部分空間內，而BD的buffer pointer不定義在這部分空間內，使用的memory空間。本項目中SPI parameter ram對應的internal Data Ram地址為0xF00089FC，在此地址上配置SPI parameter ram對應的地址為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 為1，接收緩存描述符配置的buffer pointer大小為32字節，發送緩存描述符配置的buffer pointer大小為32字節。

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傳輸數據長度、SPI主/從模式、SPI數據方向（按照從高字節到低字節，或者低字節到高字節順序發送）

4）初始化接收發送BD。初始化接收和發送BD時，需要將最后一個BD描述符的控制狀態字設置為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基地址和指針設置為0xf0000140，再將發送BD基地址和指針設置為0xf0000148。

6）設置SPI Event Register和SPI Mask Register，清中斷狀態寄存器。

7）設置SPI mode 寄存器，使能SPI操作。

2.2 SPI的接收處理實現

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來說接收數據的同時，會發送數據；發送數據和接收數據是在一個時鐘周期不同的沿完成的，因此，接收數據時也要初始化發送BD。設置接收BD的控制狀態字為READY，發送BD的控制狀態字為EMPTY。然后，設置SPISEL信號為零；之后，設置SPI mode寄存器為發送數據開始。

通過查詢SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器判斷接收是否結束，并查詢接收緩沖區是否正確。如果接收正確設置SPISEL信號為1，并從接收BD中讀取有效數據。如果出錯則返回錯誤。

SPI接收處理實現如下。

2.3 SPI的發送處理實現

SPI的發送處理是首先初始化RxBD和TxBD，將需要發送的數據拷貝到發送BD的buffer中，設置發送BD的控制狀態字為EMPTY，接收BD的控制狀態字為READY。然后，設置SPISEL信號為零；之后，設置SPI mode寄存器為發送數據開始。

通過查詢SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器判斷發送是否結束，并查詢發送數據是否正確。如果發送正確設置SPISEL信號為1。如果出錯則返回錯誤。

SPI發送實現處理實現如下。

2.4 中斷處理

MPC8270 SPI在連續收發數據時，每完成一次發送或者接收數據后，都需要清中斷狀態標志寄存器SPI Event寄存器和SPI Mask寄存器，否則連續傳輸時，會出現錯誤。

3 性能測試結果分析

通過測試設備對SPI進行測試，在25M波特率下，連續收發數據3600s，收發數據正確，丟包率為0。在12.5M波特率下，連續收發數據3600s，收發數據正確，丟包率為0。在6.25M波特率下，連續收發數據3600s，收發數據正常，丟包率為0。通過長時間的數據收發測試，驗證了SPI驅動程序的穩定性和可靠性。

4 結語

通過性能測試說明，利用低功耗，通訊處理能力強的MPC8270的SPI接口，可以比較容易的實現SPI通訊處理。本文介紹了MPC8270內部的SPI的通訊原理及驅動程序設計方法，對其他的設計應用有一定的借鑒作用。

參考文獻：

[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，嵌入式計算機軟硬件開發；

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設計等。