嵌入式处理器Mpc860与单片机通信的设计与实现
摘 要：
介绍了32位嵌入式处理器MPC860 SPI接口。给出了MPC860与Atmega128单片机通信硬件电路连接图以及MPC860 SPI(串行外围设备接口)软件结构框图，设计了MPC860与ATmega128单片机通信的帧格式，实现了Mpc860与单片机的通信。
关键词：MPC860 单片机 串行外围设备接口
一、前言
MPC860是目前通信领域广泛应用的一款32位嵌入式通信处理器，内部集成了SPI接口。SPI接口是一种高速同步串行接口，有4条引脚，分别为SPISEL（片选线）、SPIMISO（主进从出）、SPIMOSI（主出从进）、SPICLK（串行时钟信号线）。SPI采用全双工通信方式同时发送和接受数据，支持主机模式和从机模式。主机为SPI数据传输的控制方，由主机将SPISEL管脚的电平拉低，作为同步数据传输的初始化信号，通知从机进入传输状态,然后主机启动发送过程，送出时钟脉冲信号。在时钟脉冲信号的同步下，数据收发同时进行，通过SPI接口，主机移位寄存器的数据移入到从机移位寄存器，同时从机移位寄存器中的数据移入到主机移位寄存器中,实现数据的传送。当数据传送完，主机将SPISEL（片选线）拉高，传输结束。由于SPI的发送和接收是同时进行的，实际都是以发送一个字节发起，只不过需要接收的时候发送的是一个没有实际意义的字节。SPI可以作为微处理器与单片机或者与外设芯片串行扩展接口。【1】
二、SPI驱动程序的编写
MPC860与ATmega128都支持SPI接口，因此可以采用SPI接口进行通信，硬件连接如图1所示。【1】，【2】
对MPC860 SPI 接口进行初始化，主要是针对相关寄存器进行操作。与SPI 相关的寄存器主要有SPMODE(SPI 模式寄存器), SPIE(SPI 事件寄存器),SPIM(SPI 屏蔽寄存器),SPCOM(SPI 命令寄存器)等。MPC860 寄存器的配置具体步骤如下:【1】
1 将管脚PB28,PB29,PB30 分别设置为SPIMISO、SPIMOSI、SPICLK 管脚。
PBPAR(28,29,30)= 1;PBDIR(28,29,30)= 1;PBODR(28,29,30)= 0;2 设置收发缓冲区描述符（BD）在双端口RAM 中的偏移位置。
SPI_RBASE = 0x2608;SPI_TBASE = 0x2600;3 执行初始化 RX、 TX 参数命令。
CPCR|=0x0051;4 初始化SDCR 寄存器，给予SDMA 的U 总线一个普通仲裁优先级。
SDCR =0x0001;5 设置RFCR 、TFCR 寄存器，使低地址存放最高有效字节；
SPI_RFCR=0x10;SPI_TFCR=0x10;6 设置MRBLR 寄存器，确定接收缓存区的最大接收空间；SPI_MRBLR =0x0080;7 初始化RxBD 、TxBD 寄存器，设置收发缓存区，并确定将要发送的数据长度。发送缓存区txbuf 放置需要通过SPI 发送的数据，接收缓存区rxbuf 放置通过SPI 接收到的数据。
SPI_RxBD_STATUS =0x3800;SPI_RxBD_RXBUFL=((UINT32)rxbuf&0xFFFF0000)>>16;SPI_RxBD_RXBUFH=((UINT32)rxbuf&0xFFFF);SPI_TxBD_STATUS=0x3800;SPI_TxBD_TXBUFL=((UINT32)txbuf&0xFFFF0000)>>16;SPI_TxBD_TXBUFH=((UINT)txbuf&0xFFFF);8 设置SPIE,清除任何当前事件； 设置SPIM，使能SPI 中断；SPIE=0x37;SPIM=0x00;9 设置SPMODE 寄存器，使MPC860 工作模式为主模式，并选择SPI 基本时钟BRGCLK。
SPMODE=0x0F74;10 设置SPI 命令寄存器SPCOM[STR],SPI 开始传输。将发送缓冲区的数据发送出去，数据长度由RxBD 寄存器决定，同时将收到的数据放置到接收缓存区。
SPCOM|=0x80;
三 、采用SPI 实现 MPC860 与单片机的通信
要实现MPC860与单片机数据的可靠传输，还要设计通信协议。在我们设计的通信控制板上，MPC860与ATmega128之间通过SPI接口相连。MPC860做主机，ATmega128做从机，SPICLK由MPC860产生。
MPC860与单片机之间的SPI通信帧格式如图2所示。第一个字节是SPI帧长度，包括所有的信息长度；第二个字节是SPI指令类型，分为SPI设置指令,SPI获取板卡状态指令,告警上报指令；第三至第n 字节为数据信息；最后两字节为CRC校验字节。
MPC860与单片机ATmega128通信时，MPC860将整个SPI帧发送出去，包括第一至第n+2字节。单片机接收在接收时先接收第一字节，根据帧长度字节判断SPI数据的长度，确定接下来要接收的数据长度，然后接收其他字节。在接收结束后进行CRC校验，如果失败则返回接收错误，如果成功则进行相应操作。
SPI指令类型包括设置指令和获取板卡状态指令。如果SPI指令类型为设置指令，单片机则接收SPI数据并进行设置相关操作，具体设置值在下次读取相应参数时就可显示。如果SPI指令类型为获取板卡状态指令，单片机根据指令类型要求，从相应寄存器读取数据并通过SPI发送到MPC860。SPI数据信息可以是板卡需要设置的数据，也可以是获取的板卡状态数据。
ATmega128与数字温度传感器、风扇控制器以及告警指示灯相连。在控制板上运行VXWORKS 操作系统以及基于SNMP协议的网管代理端软件。通过MPC860与ATmega128之间的SPI接口，代理端可以获取状态信息以及设置相应参数，例如可以控制风扇开启，可以获取当前数字温度传感器的温度，可以通过ATmega128设置温度告警临界值，当温度高于临界值时，温度告警指示灯亮，风扇自动开启。
代理端设置以及获取控制板相应参数，均采用消息队列机制。在设置控制板信息时，代理端发送的消息送至CONFIG消息队列排队，一旦SPI空闲，消息将被发送到MPC860的SPI发送缓冲区，然后经SPI接口向单片机发送消息。接收消息时，SPI将接收到单片机发送来的消息放置于接收缓存区，判断消息的合法性，如果符合接收消息的格式，发送至应答消息队列，由代理端去处理。如果不符合接收消息的格式，则丢弃该消息。通信机制如下图所示。
当单片机有告警信息需要上报时（产生异常），单片机相应引脚产生低电平信号，通过MPC860 IRQ3触发MPC860中断。MPC860收到中断后，根据不同的中断号执行不同的中断服务程序（ISR）, 中断服务程序从单片机接收异常信息，发送到应答消息队列，由代理端处理。程序流程图如图4所示。
四、结束语
MPC860使用高速缓存，以解决CPU与低速存储器速度不匹配问题，但同时也带来了高速缓存与内存不一致问题【3】。在SPI通信中出现的问题是，通过SPI发送出去的数据总是RAM保存的旧数据，RAM内容得不到及时更新，要到下次发送时才能把上次需要发送的数据传送出去。解决方法是在发送前Flush相应内存，将cache内容强制写到RAM中。在接收时Invalidate 相应内存，访问接收数据时直接从RAM中获取。VxWorks操作系统提供了cacheFlush()和cacheInvalidate()函数。
采用SPI接口实现MPC860与单片机Atmega128通信，可以高速可靠地传送数据。在控制板上运行VxWorks嵌入式操作系统以及网络管理代理端应用软件，可以实现网管代理端与底层设备的通信。添加一些功能后，控制板就可以应用于通信设备或自动控制中。
