串行外设接口通信的实现

□ 张小景

上海电气风电集团股份有限公司 上海 200233

1 研究背景

电能质量影响着整个电力系统的稳定运行。文献[1-4]详细介绍了电能质量测试方法,指出电能质量测试设备需要能够分析非常高频的数据,并且快速地传递出去,通信速率也需要非常快。一般设计采用数字信号处理(DSP)+32位进阶精简指令集机器(ARM)+现场可编程门阵列(FPGA)的设计思想,DSP负责数据计算处理,FPGA负责信息采样,ARM负责通信。分析10 kHz采样的三相电压和三相电流,通信速率需要高达960 kbit/s,如果再加上其它需要通信的数据,通信速率要更高,控制器局域网(CAN)、串行通信接口(SCI)等都不能满足稳定运行要求。当前,嵌入式处理器都配置了串行外设接口(SPI)。对于高速通信,采用SPI更合适,而且SPI的接线简单,只有四根。笔者通过设计,实现了SPI的通信。

2 SPI特点

(1) 接线简单。SPI只有四根通信线,包括从输出/主输入(SOMI)、从输入/主输出(SIMO)、片选、时钟。

(2) 两种工作模式。SPI支持主从通信,可通过参数将设备配置为主设备或从设备。

(3) 多速率配置。无论是DSP还是ARM,都支持多种速率设置。ARM的最高速率为主频率的1/2,DSP的最高速率为主频率的1/4。理论上,DSP芯片STM32F103速率可达36 Mbit/s,ARM芯片TMS320F28335速率可达37.5 Mbit/s。

(4) 可变数据帧长度。支持8位和16位两种数据长度配置。

(5) 四种时钟模式。四种时钟模式分别由时钟极性和时钟相位两个参数控制,两个参数共有四种组合。

(6) 同步通信。SPI作为同步串口通信,发出与接收同时进行,可以作为全双工模式运行。另外,DSP可配置为只接收模式,ARM可配置为只发送或只接收模式。……