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引言 串行外圍設備接口(Serial Peripheral InteRFace，SPI)總線技術是Motorola公司推出的一種高速同步串行輸入／輸出接口，近年來廣泛應用于外部移位寄存器、D／A轉換器、 A／D轉換器、串行EEPROM、LED顯示器等外部設備的拓展。SPI總線是一種三線同步總線(CLK、SI-MO、SOMI)，可以共享，便于組成帶多個SPI接口的控制系統。其傳輸速率可編程，連接線少，具有良好的拓展性。 ADS1178是一款典型的具有SPI接口的A／D轉換器，它可以方便地與帶有SPI接口的處理器或控制器相連接。OMAP-L137是一款處理能力強、外接存儲空間大、集成度高、外設管理方便的新型工控芯片。 目前，ADS1178與OMAP-L137的數據通信主要通過SPI接口直接連接實現。通過配置，使OMAP-L137工作在主模式，ADS1178工作在從模式，由OMAP-L137提供用來進行數據傳輸的時鐘。但是，采用此模式結合EDMA進行數據接收時，每接收一組采樣數據都需要通過中斷來改變接收數據的存放地址，即完成N組數據的接收需要N個中斷來完成，這會給系統的資源管理帶來很大的麻煩。 本設計使OMAP-L137、ADS1178的SPI接口工作在從模式，由CPLD作主片來提供進行數據傳輸的時鐘。在準確、快速完成數據傳輸的同時，節省了處理器資源，方便了系統資源的管理。 1 硬件設計 1．1 芯片概述 ADS1178是TI公司于2008年9月推出的一款A／D控制芯片，它采用△-∑模／數轉換器結構，可以達到16位的數據采集精度，并且擁有良好的交流特性。其帶寬達25 kHz，具有97 dB的信噪比和-105 dB的總諧波失真。在正常工作時每通道的功耗只有31 mW，支持8路通道同時采樣，并將數據依次連續地送上數據總線；在滿足實時同步采樣的同時，還具有52 ksps的轉換速率。該芯片主要應用于三相交流電的實時監測、心電圖監視器、質量流量計、振動系統的模態分析實驗設計，同時還支持SPI和幀同步兩種數據傳輸格式，并支持A／D間的級聯。 OMAP-L137是TI司推出的針對工業控制領域的雙核處理器，它綜合了ARM和DSP兩個處理器各自在實時性和計算精度上的優勢。兩個處理器的主頻均達到300MFHz(DSP的處理速度高達2 400MIPS／1 800MFLOPS)。可以外接2個存儲空間EMIFA和EMIFB，并且在片上有著非常豐富的外設資源，主要針對工業應用環境的控制提供了 EHRPWM、ECAP、EQEP、 EMAC等模塊，并在各控制模塊和各接口之間采用EDMA3模塊進行數據傳遞。這大大減輕了雙核處理器的負擔，占用很少的處理器資源，同時在兩個處理器之間開辟了一塊128 KB的共享存儲空間，可以使數據在雙核之間快速地進行交換。 1．2 硬件原理 在SPI從模式下，設計使OMAP-L137、ADS1178作從片，CPLD作主片來提供進行數據傳輸的時鐘。OMAP-L137的SPI接口支持3針、4針、5針三種傳輸模式，這里采用3針模式(即CLK、SIMO、SOMI)。OMAP- L137引出一個GPIO口作同步信號線SYCN，ADS1178的READY信號線送給CPLD用來產生采樣時鐘，硬件連接如圖1所示。CLK用來傳遞接收和發送數據時的同步時鐘信號，SIMO在OMAP-L137作主片時為輸出數據線，在OMAP-L137作從片時為輸人數據線。SOMI在此模式下不被采用。 
OMAP-L137的SPI接口工作在從模式的配置如下：SPIGCR1寄存器的低2位配置為00，選擇SPI工作在從模式；通過配置 SPIPC0和 SPIPC1寄存器來選擇采用的針模式和引腳的信號方向，這里選擇使能CLK、SIMO、SOMI三根信號線，并分別配置為輸入、輸入和輸出；配置 SPIFMT0寄存器先輸出每組數據的“大端MSB”，根據ADS1178手冊中對數據輸出時序的要求，配置數據在CLK信號的下降沿輸出，使CLK信號工作在13MHz，同時配置現在的數據總線為16位。SPI的參考配置如表1所列。
在采樣數據送到OMAP-L137的SPI接口時，可以啟動EDMA模塊來對采樣數據進行搬移。EDMA的觸發事件為SPI的每一通道數據 (16位)的接收中斷，相當于完成一組(8通道)數據的傳輸需要8個觸發事件。EDMA的參數相關配置如圖2所示。其中，OPT、DSTCINT、 SRCCIND和 CCNT都需要根據應用情況來進行參數配置。
2 軟件設計 2．1 CPLD程序設計 CPLD中主要實現ADS1178對數據格式的要求。在檢測到READY信號的電平變化后，以外部時鐘ECLK為時鐘基準，產生128個時鐘周期 (CLK)分別送給OMAP-L137和ADS1178，來完成8通道的數據傳輸。圖3為等效原理圖，CPLD程序流程如圖4所示。
2．2 采樣程序設計 代碼調試中的主要工作是測試同步采樣A／D的8路通道。SPI和EDMA的參考配置及使能在上面已經完成。當ADS1178開始數據采集時，通過GPIO口由OMAP-L137先向ADS1178發送一個由低變高的同步信號來通知 ADS1178開始工作。當ADS1178完成了數據轉換時，向OMAP-L137發送一個由高到低的READ-Y信號，通知OMAP-L137數據已經準備就緒，等待主芯片的時鐘將數據送到數據線上；并在CPLD送出采樣時鐘后，等待EDMA的數據接收中斷，當中斷到來時完成數據的采集工作。采樣程序流程如圖5所示。
3 系統測試 通過示波器可以觀測到CLK(圖6中上面的曲線)和SIMO(圖6中下面的曲線)引腳的波形圖。采樣結果放在數組Adresult中，如圖7所示。
從圖6和圖7中可以看出，采用SPI從模式的數據傳輸方法，可以通過CPLD上的程序設計得到128個連續的采樣時鐘，數據傳遞的連續性好，每組時鐘之間不存在時鐘間隔。在程序處理的后續階段，通過配置EDMA的接收事件就可以連續接收多組數據，在數據全部接收到OMAP-L137中時觸發一次中斷便可完成接收工作，從而節省了處理器資源。 4 結論 在OMAP-L137與ADS1178的實時采集數據傳遞問題上，采用SPI主模式進行數據接收時，每接收一組數據后都需要通過中斷資源來變更接收地址。而本文通過SPI從模式進行數據接收，可以在接收完多組數據后僅用一次接收中斷便結束工作，節約了處理器資源，并且實際測試表明，傳輸數據的連續性和實時性較好。由此看出，采用SPI從模式配合CPLD來處理OMAP-L137與ADS1178數據通信問題無疑是一種很好的解決方案。 參考文獻 1. 金剛,陳忠,洪躍.同步串行SPI在AD7888與AT90S8515接口中的應用[J].微計算機信息,2004,20(2):91-92. 2. Texas Instruments.OMAP-L137 Low-Power Applications Processor system Reference Guide,2008. 3. 夏宇聞.Verilog 數字系統設計教程[M].北京:北京航空航天大學出版社,2003. 作者：任雷 林巖(北京航空航天大學) 張沫陽(北京合眾達電子技術責任有限公司) 來源：《單片機與嵌入式系統應用》 2009（8） |
