ARM與射頻芯片TRF796x的SPI通信研究

摘要：針對SPI總線接口缺乏標準協議的特點，提出了SPI器件之間通信的一般方法。論文闡述了ARM芯片內置SPI硬件控制器的工作原理和時序，并對射頻芯片TRF7960x的工作模式與讀寫要求進行了分析。在此基礎上，根據TRF796x的時序特性和訪問要求，采用ARM芯片的硬件 SPI方式實現對TRF796x的讀寫訪問與控制，并在RFID門禁系統中驗證了通信結果。
關鍵詞：SPI；ARM；TRF796x；時序

引言
SPI(同步串行外圍接口)是由Motorola公司最早提出的，出現在其M68系列單片機中。它是一種全雙工的同步串行接口，采用主一從模式架構，支持多Slave模式應用，但一般僅支持單Master。由于其簡單實用，又不牽涉到專利問題，因此許多廠家的設備都支持該接口，被廣泛應用于外設控制領域。 SPI接口是一種事實標準，并沒有標準協議，大部分廠家都是參照Motorola公司的SPI接口定義來設計的。正因為沒有確切的標準協議，不同廠家的 SPI器件接口在技術上存在著一定的差異，有的甚至無法直接互連。本文對SPI器件通信時容易忽略的問題進行了分析。

1 S3C2440A內置SPI接口與工作時序
S3C2440A是Samsung公司生產的ARM9內核芯片，該芯片內置了2個SPI硬件控制器，大大簡化了與SPI器件的通信。從 Samsung公司提供的Datasheet中可以看出，其內置硬件SPI結構主要由4部分構成：時鐘分頻器、8位發送移位寄存器、8位接收移位寄存器、控制邏輯等。其與SPI接口相關的寄存器包括控制寄存器(SPCONn)、狀態寄存器(SPSTAn)、引腳控制寄存器(SPPINn)、預分頻寄存器 (SPPREn)、發送數據寄存器(SPTDATn)、接收數據寄存器(SPRDATn，n=0，1)。其SPI接口共有4根信號線，分別是從設備選擇線(SS)、時鐘線(SCK)、串行輸出數據線(MO-SI)、串行輸入數據線(MISO)。當S3C2440A作為Master時，SS信號由S3C2440A驅動輸出，用于選擇激活某從 SPI器件，只有當SS信號線為低電平時，對應Slave設備的SPI接口才處于工作狀態。為了滿足不同SPI器件的通信特性，S3C2440A內置的 SPI接口定義了4種數據傳輸的工作時序，這4種時序是由控制寄存器(SPCONn)的時鐘極性控制位(CPOL)和時鐘相位控制位(CPHA)聯合進行配置的。從表1可以看出，SPI的工作時序主要是根據數據采樣的時刻(上升沿或下降沿)，以及在沒有數據傳輸時SCK信號所保持的狀態來劃分模式的。


根據CPOL和CPHA設置的不同，S3C2440A內置SPI接口的4種工作時序如圖1所示。需要注意的是，SPI通信的數據傳輸是以字節為單位進行的，且高位在前，低位在后，圖1中的*LSB表示上一個傳輸字節的最低位，MSB*是指下一個傳輸字節的最高位。