基于SPI總線技術的同步422接口設計
加入技術交流群
雖然SPI有以上優(yōu)點，然而在圖像傳輸中卻很少用到，原因主要是其抗干擾能力差。SPI采用的是單端非平衡的傳輸方式，即傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位的電壓電平是以公共地作為參考的。在這種傳輸方式中，對于已進入信號中的干擾是無法消除和減弱的。而信號在傳輸過程中總會受到干擾，而且距離越長干擾越嚴重，以致于信號傳輸產(chǎn)生錯誤。在這種條件下，信號傳輸就變得毫無意義了。另外，由于單端非平衡傳輸方式以公共地作為參考點，地線作為信號回流線，因此也存在信號電流。當傳輸線兩端的系統(tǒng)之間存在交流電位差時，這個電位差將直接竄到信號中，形成噪聲干擾。所以，為了解決抗干擾問題，通常采用平衡傳輸 (balanced transmission)方式，這里采用比較常見的RS-422。
2 RS-422簡介
RS-422標準是RS-232的改進型，全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”。它使用兩根線之間的電壓差來代表邏輯電平，通常稱之為雙絞線。它是一種平衡傳輸，任何噪聲或干擾都會同時影響兩根雙絞線中的每一根，但對二者之間的差異影響很小，這種現(xiàn)象稱為共模抑制。所以RS-422可以在更遠的距離上以更快的速度傳輸數(shù)據(jù)，其抗干擾能力遠強于RS-232、SPI等非平衡傳輸方式。其最大傳輸距離約1 200 m，最大傳輸速度可達10 Mb/s。但是由于線路過長造成損耗，其傳輸速率會隨著距離的增加而下降。
圖3是RS-422的基本連接示意圖。驅動器D通過雙絞線和接收器R連接。位于雙絞線接收端的電阻Rt是一個終止電阻，它用來消除在遠距離傳輸過程中發(fā)生的信號反射。但在300 m以下的短距離傳輸中可以不接該電阻。
RS-422標準允許相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個，即一個主設備、10個從設備，從設備之間不能通信[8]。RS-422支持一點對多點的雙向通信。由于它的接口采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必需的信號交換均可以通過軟件方式或硬件方式實現(xiàn)。
RS-422雙絞線之間的電壓差在4 V～12 V之間。其邏輯電平定義為：在發(fā)送端，以雙絞線之間電壓差為＋2 V～＋6 V表示邏輯1，以－2 V～－6 V表示邏輯0；在接收端，雙絞線之間電壓差大于200 mV時為邏輯1，小于－200 mV時為邏輯0。
3 S3C2450X的SPI接口
S3C2450X是SAMSUNG公司最近推出的一款高性能、低功耗16/32 bit RISC處理器，其最高主頻可達533 MHz，一般工作頻率為400 MHz。它采用ARM926EJ內(nèi)核，該內(nèi)核采用MMU、AMBA總線和哈佛高速緩存體系結構，具有單獨的16 KB指令Cache和16 KB數(shù)據(jù)Cache，每個Cache都由8字長的行組成。為了降低成本，片上集成了各種常用模塊，包括NAND Flash Bootloader、系統(tǒng)管理器、PLL時鐘發(fā)生器、PWM定時器、8通道DMA和多種接口控制器等，這樣可以使設計者在設計電路時省去許多專門的接口控制芯片，不僅降低了成本，也提高了系統(tǒng)的可靠性。
S3C2450X集成了2個高速SPI接口，每個接口都有2個8/16/32 bit的移位寄存器分別用于發(fā)送(Tx FIFO)和接收(Rx FIFO)數(shù)據(jù)。在發(fā)送時，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SPI發(fā)送數(shù)據(jù)寄存器（HS_SPI_Tx_DATA）中，數(shù)據(jù)會被自動移入Tx FIFO；在接收數(shù)據(jù)時，為了從Rx FIFO中讀出數(shù)據(jù)，CPU訪問SPI數(shù)據(jù)接收寄存器（HS_SPI_Rx_DATA），此時數(shù)據(jù)會自動轉移到HS_SPI_Rx_DATA中。
S3C2450X的SPI接口支持主模式和從模式兩種傳輸方式。在主模式下，同步時鐘SPICLK由S3C2450X產(chǎn)生并傳輸給外圍設備。此時，通過設置時鐘配置寄存器(Clk_CFG)可以調(diào)整同步時鐘SPICLK的頻率，從而改變數(shù)據(jù)傳輸率。SPI有3個可用時鐘源：內(nèi)部時鐘源PCLK，外部時鐘源Epll clock和USBCLK。其同步時鐘計算公式為：
同步時鐘頻率＝f/[2×(預分頻值＋1)]
其中f是所選時鐘源的頻率，預分頻值的取值范圍是0～255。若取f＝400 MHz，則同步時鐘頻率最大可達200 MHz，其傳輸速率理論上接近200 Mb/s。但由于受到內(nèi)部寄存器和外部接口等其他因素限制，再加上傳輸速率太高時，由傳輸延時造成的影響越來越明顯，從而會引起傳輸錯誤，所以其實際數(shù)據(jù)傳輸率不會很高，一般只有幾Mb/s。
評論