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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik SPI-Bus mit sieben ATMEL 8515


Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Hallo zusammen!

Ich arbeite im Moment an meiner Projektarbeit für die Technikerschule. 
Inhalt dieses Projekt ist es u.a., eine Datenmenge durch ein System zu 
senden, das kaskadierbar ist.

Wir haben uns dazu folgendes überlegt: Einen SPI-Bus im Stern aufzubauen 
und erstmal über drei Bits im gesendeten Byte (die anderen 5 Bits 
stellen die Information dar, die verarbeitet werden soll) eine 
Adressierung vorzunehmen (ergäbe für den Anfang 8 Teilnehmer).

Jetzt aber die Preisfrage: Kann man überhaupt mehr als zwei Controller 
via SPI Bus miteinander verbinden? Die Literatur die wir besitzen 
(Günter Schmitt, µC-Technik mit Controllern der Atmel AVR-RISC-Familie), 
sagt eindeutig, dass man das machen kann. Es finden sich aber nirgends 
wirklich Beispiele, wo das schonmal praktiziert worden ist.

Also: Jeht dat? Und wer hat da Erfahrung mit und kann mir Tipps geben?



Beste Grüße,

Dennis

Autor: Ralph (Gast)
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im Prinzip gibt es da 2 Möglichkeiten für dein Vorhaben.

1. Das ist die SPI SPEC Variante
Verbinde bei allen µC die Signale MISO, MOSI, CLOCK und zusätzlich vom 
Master ein einzelnes Signal zu jedem µC um ihn anzusprechen(Chipselect). 
Somit kann immer nur EIN µC angesprochen werden.
Skalierbar ist das nur soweit wie Pins für Chipselect verfügbar sind.

2. Variante
Die SPI ist nichts anderes als ein Schieberegister.
Schalte die µC in Reihe hintereinander.
Dann legts du im Ram 2 Stukturen an, die die Größe hat von "Anzahl der 
µC" * "Registergröße" also zb 8µC mal 8 Bit(1 Byte) = 8 byte.
Stuktur 1 ==> TX ; Stuktur 2 ==> RX .
Somit kannst du dann über die Adressierung des Bytes den anzusprechenden 
µC auswählen und mit Senden der vollständigen Struktur die Daten 
durchschieben.
Skalierbarkeit ist Begrenzt durch die maximale Größe der TX und RX 
Struktur und die benötigte Übertragungszeit. Diese Strukturgröße ist 
Abhängig vom verfügbaren RAM.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Variante 1 läßt sich mit Hardwareschieberegistern für das Chipselect 
ewig weiter ausbauen ;-). Das geht, wie auch Variante 2, auf Kosten des 
effektiven Datendurchsatzes.

Autor: holger (Gast)
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>Wir haben uns dazu folgendes überlegt: Einen SPI-Bus im Stern aufzubauen
>und erstmal über drei Bits im gesendeten Byte (die anderen 5 Bits
>stellen die Information dar, die verarbeitet werden soll) eine
>Adressierung vorzunehmen (ergäbe für den Anfang 8 Teilnehmer).

Das geht leider nicht. Dazu müssten alle SPI Slaves
per Chip Select gleichzeitig aktiviert werden. Das dumme an der 
Geschichte
ist, das dann alle SPI Slaves ihren Ausgang (MISO) aktivieren
und keiner mehr durchkommt weil die sich gegenseitig kurzschliessen.
Wenn keine Rückmeldung vom Slave erforderlich ist könnte es
aber so funktionieren.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Slaves ohne Rückmeldung sind doch eigentlich relativ sinnfrei. Statt des 
SPI könnte man auch das UART nutzen, dort kann man duch geschicktes 
Verschalten im Vollduplex über nur 2 oder im Halbduplex über nur eine 
Leitung gegenüber Masse senden und empfangen. Die Geschwindigkeit wäre 
hier maximal 1/8 Controller-Takt. Das Adressieren kann man über das 9-te 
Bit machen, hierbei kann der MultiprocessorCommunicationMode verwendet 
werden.

Autor: 1234 (Gast)
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SPI als Interprozessorkommunikationsbus ist machbar. Einer muss den 
Master spilen und den clock (SCK) vorgeben. Alle Schieberegister sind in 
Serie. Dh Miso auf Mosi. Sinnvollerweise laufen eh alle CPUs am selben 
clock. Nachteil des SPI ist dass er keinerlei Puffer hat. Mit zunehmend 
schnellem Takt wird das Timing hart fur die CPU.

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Hallo! :)

OK, also den Stern dann nicht. Alles in Serie. Ist auch OK.

Aber jetzt zur Steuerung:

Wenn die alle in Serie geschaltet sind, aber nur EINER der µC das 
Datenpaket erhalten soll, kann man doch wie schon von mir angedeutet, 
eine Adressierung über Bits des verschickten Paketes machen, oder?

Das Ganze soll folgendermaßen funktionieren:
Ein Micrcontroller (immer derselbe) erhält eine Anfrage (Taster an 
Portpin). Insgesamt sind 8 Taster an ihm angeschlossen. Je nachdem, über 
welchen Taster eine Anfrage gemacht wird, braucht er von einem 
bestimmten Controller ein Meßergebnis. Wie steuer ich dann den Bus? wann 
muss wer Slave sein und wann Master oder ändert sich das nie? Und kann 
ich dann überhaupt nur EIN Byte versenden? weil jedes Mal, wenn ein 
Controller was empfängt, schickt er doch gleichzeitig was in den Bus 
zurück, oder? Also wären dann ja schon zwei Bytes unterwegs, oder?

Klärt mich mal bitte auf. Die SAche ist mir trotz Literatur noch nicht 
ganz klar!

Besten Dank für Eure bisherige Hilfe!

Take care,

DEnnis

Autor: 1234 (Gast)
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Na, du kannst mit dem chipselect ja signalisieren welcher nun dran ist. 
Du kannst zB 8 bytes durchschieben und dann allen gleichzeitig den 
chipselect geben. Dann hat jeder sein Byte empfangen.

Autor: 1234 (Gast)
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Der Chipselect ist jeweils das Latch signal. Das im Schieberegister 
liegende wird reingelatcht.

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Ah so! Ja klar! Klingt ja einfach! Also könnte ich ja quasi einen Master 
definieren und die anderen Controller als Slaves laufen lassen. Wenn der 
Master eine Info benötigt, signalisiert er das über den Chipselect, läßt 
sich die 8Bytes seiner Slaves schicken und selektiert dann selber, 
welches er davon benötigt.

Habe ich das nun richtig verstanden? :)

DANK!!!

Dennis

Autor: Gast (Gast)
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Ich glaube, SPI ist für diese Anwendung letzlich nur ein Gewürge: viel 
Aufwand mit zweifelhaftem Resultat.

Ein Bussystem per UART (z.B. RS485) ist einfacher zu erstellen und zu 
erweitern. Die Erfahrungen damit lassen sich später auch für andere 
Anwendungen nutzen.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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Genau. Das Problem bei SPI, daß man auf das Rausschieben des Bytes 
warten muß, bevor ein nächstes geschoben werden kann, ist beim UART 
eleganter gelöst und der Controller hat mehr freie Zeit.

Autor: Ralph (Gast)
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Wenn über das Bussystem im allgemeinen nachgedacht wird, dann würde ich 
eher CAN empfehlen.

Autor: Knut Ballhause (Firma: TravelRec.) (travelrec) Benutzerseite
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CAN ist in dem Falle sicher mit Kanonen auf Spatzen geschossen. Der 
Datenoverhead für das CAN-Protokoll könnte störend sein.

Autor: 1234 (Gast)
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Bei SPI verlaesst man die Leiterplatte nicht, resp ueberschreitet 20cm 
nicht, wohingegen ein UART bei diesen kurzen distanzen uebertrieben ist. 
Ein UART nimmt man fuer externe Anbindungen Auch ein UART generiert ein 
Interrupt pro Byte und das muss man holen bevor das Naechste kommt.

Autor: Rolf Magnus (Gast)
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> wohingegen ein UART bei diesen kurzen distanzen uebertrieben ist.

Warum?

Autor: Gast (Gast)
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>Auch ein UART generiert ein Interrupt pro Byte und das muss man holen >bevor das 
Naechste kommt.

Wobei ich immer das Problem habe, das es so lange dauert, bis das 
nächste Byte kommt :-)

UART nehme ich auch auf Leiterplattenebene, da die Übertragung nicht 
blockiert werden kann, wie es z.B. bei IIC allein schon durch ein 
korruptes Handshake passieren kann. Und da selbst kleine ATtiny2313 
schon den Multiprozessormodus unterstützen, ist auch die Belastung durch 
UART-Interrupts gering; nur der adressierte Teilnehmer muß die Daten 
empfangen und auswerten.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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holger wrote:

> Das geht leider nicht. Dazu müssten alle SPI Slaves
> per Chip Select gleichzeitig aktiviert werden. Das dumme an der
> Geschichte
> ist, das dann alle SPI Slaves ihren Ausgang (MISO) aktivieren
> und keiner mehr durchkommt weil die sich gegenseitig kurzschliessen.

Das geht nur bei den AVRs nicht.

Bei den Atmel AT89LP4052 geht das, die können nämlich MISO abschalten 
und nach dem Adreßbyte schaltet nur der adressierte MC sein MISO ein.
Man kann natürlich nicht innerhalb eines Bytes umschalten.

Außerdem haben sie einen Sendepuffer und Interruptprioritäten. D.h. der 
Master kann Fullspeed die Daten empfangen.

Bei den AVRs muß der Master nach jedem Byte lange warten oder ne extra 
Handshakeleitung abfragen.


Peter

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Hallo :)

Also wir werden das auf jeden Fall über SPI machen. Die Controller haben 
eh nicht viel zu tun, also ist das Warten auf das Ende einer Übertragung 
in diesem Fall völlig schnurz :)

Aber eine kleine Sache noch:

Die Übertragung wird durch den Master dadurch gestartet, in dem er den 
SS-Portpin auf LOW zieht. Wenn ich aber wie in unserem Fall mehrere 
Slaves habe, dann könnte ich doch einfach eine Adressierung der anderen 
Slaves dadurch vornehmen, in dem ich die SS-Portpinne der Slaves mit 
anderen unbelegten Portpinnen des Masters verbinde, oder? So kann ich 
doch über Code bestimmen, welchen Portpin der Master auf LOW zieht und 
damit einem bestimmten Slave signalisieren, dass nun eine Übertragung 
startet. Weil die Controller haben ja nur einen SS-Pin ...

Übrigens danke für Eure Anregungen. Aber es hat mehrere Gründe, warum 
wir das mit SPI machen. Dass es einfachere und schnellere Varianten 
gibt, ist klar. :)


Grüße,

Dennis

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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hehe..das Letzte könnt Ihr stornieren :-D Dann wäre das ja wieder Stern! 
Hab mich vertan!

Autor: Ralph (Gast)
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@Dennis
Gensauso wie du es im Post von 12:49 beschrieben hast funktioniert das.
MISO, MOSI, SCLK von allen Slaves und Master miteinander verbinden; Das 
ist keine Serienschaltung sondern Parallel.
Und dazu die Chipselect, oder SS, im Stern vom Master zu den einzelnen 
Slaves.
Dazu benötigst du am Master für jeden Slave einen eigenen Portpin der am 
Slave als Chipselect funktioniert.

Der "Stern" ist NUR für die Chipselselect,SS

Die Übertragung startet aber nicht mit Chipselect. Dieser Pin ist nur um 
das SPI interface des Slave aktiv zuschalten und das der Slave 
informiert wird, sein Datenbyte in den Ausgangspuffer legt.
Die Übertragung startet mit dem ersten Clock vom Master.

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Ja okay. Das habe ich nun verstanden :) Danke!

Laut Holger (03.1. 22:14) sind die MISO zwangsgesteuert. Im Datenblatt 
steht aber was anderes. Da steht drin, dass man per Software bestimmen 
kann, welchen Zustand die Ausgänge haben (Seite 66 unten:

"When the SPI is enabled as a Slave, the data direction of this pin is 
controlled by DDB6"

Also lässt sich das doch im Code anhand des Zustands vom Slave-Select 
Pin abfragen, oder? Und weil die Übertragung mit dem Clock-Signal 
startet und dieses mindestens 4mal langsamer ist als der Prozessortakt, 
kann man diese Pinne doch ohne Probleme über DDb6 steuern, oder?

Kann ich nun Stern bauen oder nicht? ;)

Autor: Läubi .. (laeubi) Benutzerseite
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Warum eigentlich nicht TWI einsetzen? das ist doch für bis zu 127 
Teilnehmer ausgelegt...

Autor: Axel (Gast)
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>Warum eigentlich nicht TWI einsetzen? das ist doch für bis zu 127
>Teilnehmer ausgelegt...

Les doch einfach mal das Topic ganz durch.
Er hat es doch schon mehrfach gesagt.
Es soll definitiv per SPI gemacht werden also erübrigt sich die 
Diskussion darüber welchen Bus man nehmen sollte und welcher besser sein 
könnte usw.

Autor: Max (Gast)
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Trotzdem eine berechtigte frage.
aber warum einfach wenn schwierig auch geht :-=

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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Hey :)

Es ist keine berechtigte Frage. Wie Du gelesen hast, ist das meine 
Projektarbeit. Und wenn das eine gewählte Vorgabe ist, dann ist das halt 
so, gell ;)

Aber ich bin immer noch keinen Schritt weiter was die Verbindung 
betrifft.

Autor: Ralph (Gast)
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@Dennis

MISO, MOSI, SCLK  werden von SPI interface in Hardware gesteuert. 
Configuriere diese PINS (an Master und Slave) und den SS (nur an den 
slave) für SPI Funktionalität, NICHT als IO Pins und ansonsten lass die 
Finger von diesen Pins, es sei denn du willst die SPI in Software 
darstellen.

Chipselect oder auch SS genannt werden VOR der Kommunikation vom Master 
auf Aktiv gesetzt. In der Regel ist das LOW signal, muss aber nicht.
Und nach dem letzten Takt des letzten Bytes auf der SCLK Leitung wieder 
auf Passiv gesetzt.
Wenn also zu einem Slave zb 5 Bytes gesendet werden sollen, dann ist 
folgenden Ablauf:

1. Chicselect auf Passiv für alle Slave ( sollte Immer so sein, wenn 
keine Kommunukation läuft)
2. Chipselect auf Aktiv für den ausgewählten Slave
3. Master und Slave legen Byte 1 in den Ausgansbuffer.
4. Der Master taktet das Byte über SCLK raus.
5. Master und Slave lesen Byte 1 aus dem Eingangsbuffer
6. Master und Slave legen Byte 2 in den Ausgansbuffer
7. Der Master taktet das Byte über SCLK raus.
8. Master und Slave lesen Byte 2 aus dem Eingangsbuffer
9. Master und Slave legen Byte 3 in den Ausgansbuffer
10. Der Master taktet das Byte über SCLK raus.
11. Master und Slave lesen Byte 3 aus dem Eingangsbuffer
12. Master und Slave legen Byte 4 in den Ausgansbuffer
13. Der Master taktet das Byte über SCLK raus.
14. Master und Slave lesen Byte 4 aus dem Eingangsbuffer
15. Master und Slave legen Byte 5 in den Ausgansbuffer
16. Der Master taktet das Byte über SCLK raus.
17. Master und Slave lesen Byte 4 aus dem Eingangsbuffer
18. Chipselect für den ausgewähten Slave auf Passiv
19. ENDE

Autor: Dennis_Stevens (Gast)
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@Ralph:

Jau danke! Das hat mir weitergeholfen! Da Du über Chipselect einen Slave 
anwählst, kann der Bus nur in Stern geschaltet sein. Also geht das so!

Und der Ablauf ist mir nun auch klar!

Vielen Dank! ;)

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