一种基于SPI通信的端口复用系统的制作方法

本发明涉及通信技术领域，具体涉及到一种基于SPI通信的端口复用系统。

背景技术：

长期以来，在产品的设计过程中，外围设备与MCU速度之间的不匹配始终是一大难题，影响了产品系统的使用性能。随着计算机存储规模和处理能力的迅速增长，这个问题表现得日益突出。虽然已经采取了各种软、硬件的方法，不断地改善着MCU与I/O设备之间的接口性能。然而，在许多应用中接口问题依然制约着系统性能。对于特定的设计，设计者面对多种多样的接口标准，一般根据系统所需的成本及功能选择合适的标准产品，这可能导致接口标准冲突和引起互用性问题；或许重新选择与接口兼容的标准器件，但又可能会造成不满足功能需要或成本要求等。

SPI是一种高速、同步、全双工的通信总线，在芯片的引脚上只占用4根线，不仅节约了芯片的引脚，同时在PCB的布局上还节省空间。正是出于其信号线少，协议简单，相对数据速率高的特性，现在越来越多的芯片集成了这种通信协议。

在配电自动化终端的产品设计过程中，MCU的外围电路较多，所采用的通信接口也不尽相同。其中存储电路(铁电寄存器和flash)、双网口电路和安全芯片电路都采用SPI通信接口，而所采用的MCU控制器仅有3个SPI接口，造成端口分配不均的情况。如果采用软件IO模拟SPI时序的方案，这个模拟过程全部是MCU在负责执行，为了稳定存取数据，会插入软件延时，这个时间在读取数据量不大的情况下并不明显，但是在读取过程中，其他非中断非异常程序无法得到执行；故软件模拟的方案不可取。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明公开一种基于SPI通信的端口复用系统，采用硬件端口复用的方案，占用MCU资源少，节约程序运行时间，方便MCU进行更多其他的操作。

本发明的硬件端口复用技术方案是：flash芯片和铁电寄存器复用同一个SPI接口，两个以太网控制器复用同一个SPI接口，有效的解决了MCU系统设计中的I/O端口资源不足的问题，简化了系统结构，并完善了系统功能。

一种基于SPI通信的端口复用系统，其特征在于：包括MCU、时钟电路、系统复位电路、AD采样电路、液晶电路、存储电路、以太网控制电路、安全芯片电路、CAN通信电路等。

所述的MCU采用TI的Cortex M4内核的STM32微控制器，其内部存在多种通信接口，其中SPI接口共有三个，为满足系统设计，端口分配情况为：flash芯片和铁电寄存器复用第一组SPI接口，两个以太网控制器复用第二组SPI接口，安全芯片用第三组SPI接口。其SPI接口主模式控制器包括：FIFO模块、控制模块、数据打包模块、总线接口配置模块、SPI物理层模块等。

上述的一种基于SPI通信的端口复用系统，其进一步特征在于：SPI时钟的来源是通过外部系统时钟电路提供的时钟进行分频得到的时钟信号，通过设置各个不同接口的时钟分频因子寄存器，产生相应的时钟输出信号作为串行时钟。为了保证时序的可靠性，根据数据传输先后要求，分别对三个SPI设置不同的分频因子，达到系统的分时分模块操作的目的。

所述的flash存储芯片、铁电寄存器、以太网控制器通过SPI接口复用与MCU相连接，本系统所采用的MCU为3.3V供电，若所选用的外围芯片为5V供电，可在外围芯片和SPI接口之间加入总线收发器SN74LVC4245A来完成电平转换。

所述的双以太网控制电路主要作用是实现MCU和主站之间的通信，本发明设计采用双网口复用同一个SPI接口电路，系统进行分时操作的方式，通过电力规约实现双网口与主站之间的通信。

附图说明

图1为本发明实施例的基于SPI通信的端口复用系统的组成框图。

图2为本发明实施例的基于SPI通信的端口复用系统的实物尺寸图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明。

本实施例的基于SPI通信的端口复用系统，组成框图如图1所示，它包括MCU、时钟电路、系统复位电路、AD采样电路、液晶电路、存储电路、以太网控制电路、安全芯片电路、CAN通信电路等。所述的MCU采用TI的Cortex M4内核的STM32微控制器，其内部存在多种通信接口，其中SPI接口共有三个，为满足系统设计，端口分配情况为：flash芯片和铁电寄存器复用第一组SPI接口，两个以太网控制器复用第二组SPI接口，安全芯片用第三组SPI接口。其SPI接口主模式控制器包括：FIFO模块、控制模块、数据打包模块、总线接口配置模块、SPI物理层模块等。

SPI时钟的来源是通过外部系统时钟电路提供的时钟进行分频得到的时钟信号，通过设置各个不同接口的时钟分频因子寄存器，产生相应的时钟输出信号作为串行时钟。为了保证时序的可靠性，根据数据传输先后要求，分别对三个SPI设置不同的分频因子，达到系统的分时分模块操作的目的。

所述flash存储芯片、铁电寄存器、以太网控制器通过SPI接口复用与MCU相连接，本系统所采用的MCU为3.3V供电，若所选用的外围芯片为5V供电，可在外围芯片和SPI接口之间加入总线收发器SN74LVC4245A来完成电平转换。

针对配电自动化终端设备的技术规范要求，基于SPI通信的信号线少，协议简单，相对数据速率高的特性，本发明采用SPI硬件端口复用的设计方案，设计基于SPI通信的端口复用系统装置，已在一台配电自动化终端设备中得到应用，作为终端设备的核心单元，通过SPI端口复用实现了数据的快速存取的目的，通过双以太网控制器与MCU的SPI端口复用实现了与主站快速通信的目的，取得了预期效果。双以太网控制电路主要作用是实现MCU和主站之间的通信，本发明设计采用双网口复用同一个SPI接口电路，系统进行分时操作的方式，通过电力规约实现双网口与主站之间的通信。

图2为本发明实施例的基于SPI通信的端口复用系统的实物尺寸图。

以上的实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。本发明未涉及的技术均可通过现有的技术加以实现。