框架-SPI四種模式+通用設備驅動實現

• 2020 年 10 月 31 日
• 筆記
• /labbel/C, /label/frame, /label/lzm, /label/MCU, C語言, MCU, 程式框架

前言

• SPI 介紹為搜集百度資料+個人理解
• 其餘為原創（有誤請指正）
• 集四種模式於一身

筆錄草稿

SPI介紹

• SPI 協議簡介

  • SPI 協議是由摩托羅拉公司提出的通訊協議(Serial Peripheral Interface)，即串列外圍設備介面，是一種高速全雙工的通訊匯流排。
  • 是一個環形匯流排結構
    • 由 ss(cs)、sck、sdi、sdo 構成
    • 其時序主要是在 sck 的控制下，兩個雙向移位暫存器進行數據交換。

• 物理線說明

  • SS
    • 從設備選擇訊號線，常稱為片選訊號線，也稱為NSS、CS。
    • 用於選擇從機。
  • SCK (Serial Clock)
    • 時鐘訊號線
    • 用於通訊數據同步。
  • MOSI (Master Output， Slave Input)
    • 主設備輸出/從設備輸入引腳。
    • 主機發出，從機接收。
  • MISO (Master Input,，Slave Output)
    • 主設備輸入/從設備輸出引腳。
    • 從機發出，主機接收。

• SPI 四種模式

  • 請移步到下面章節學習

• SPI的協議層

  • SPI協議定義了通訊的起始和停止訊號、數據有效性、時鐘同步等環節。
  • 基本通訊過程
  • 圖解
    1. 標號1：NSS訊號線由高變低，是SPI通訊的起始訊號。
    2. 標號6：NSS訊號由低變高，是SPI通訊的停止訊號。

• 簡單時序圖

• 模式時序圖

SPI四種模式 **

• 四種模式由 CPOL 和 CPHA 組合區分
• CPOL
  • 時鐘極性
  • 是指SPI通訊設備處於空閑狀態時，SCK訊號線的電平訊號
  • 為 0 時
    • SCK 空閑狀態為 低電平
  • 為 1 時
    • SCK 空閑狀態為 高電平
• CPHA
  • 時鐘相位
  • 是指數據的取樣的時刻
  • 為 0 時
    • MOSI或MISO數據線上的訊號將會在SCK時鐘線的「奇數邊沿」被取樣。（即是第一個邊沿）
    • 這種模式適合那種從設備一旦被片選後就輸出數據到MISO線上。
  • 為 1 時
    • 數據線在SCK的「偶數邊沿」取樣。（即是第二個邊沿）
    • 這種模式適合那種從設備被片選後還需要一個時鐘才能 輸出數據到MISO線上。
• 四種模式（CPOL, CPHA）
  • 模式 0：（0, 0）
    • SCK空閑為 低電平，數據在SCK的 上升沿 被取樣
  • 模式 1：（0, 1）
    • SCK空閑為 低電平，數據在SCK的 下降沿 被取樣
  • 模式 2：（1, 0）
    • SCK空閑為 高電平，數據在SCK的 下降沿 被取樣
  • 模式 3：（1, 1）
    • SCK空閑為 高電平，數據在SCK的 上升沿 被取樣

SPI 驅動框架 **

框架

• 實現方法參考 I2C設備驅動拆解
• 自己先在寫出四種模式的讀寫時序，便會發現以下規律
• 讀寫的邏輯差不多都一樣，只是 SCK 訊號線出現的位置及高低電平會因不同模式而不同。（這裡我就不分別寫出4種模式的單獨實現了，直接上規律表，然後實現統一的源碼）

由上規律得出 支援四種模式的 SPI 讀寫源碼

• SPI 寫函數

/**
  * @brief  SPI 寫函數
  * @param 
  * @retval 
  * @author lzm
  */
void spiWriteOneByte(eSPI_ID id, unsigned char data)
{
	unsigned char i;
	const spi_t * spi = &spiDriverElem[id];
	
    // 位置1
	if(spi->CPHA){
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, spi->CPOL);
	}
	
	for(i=0; i<8; i++)
	{
        // 位置2
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL != spi->CPHA));
		if(data & 0x80){
			spiMosiOutHi(spi);
		}
		else{
			spiMosiOutLo(spi);
		}
		data <<= 1;
		spi->delayUsFun(spi->readDelayUsCnt);
        // 位置3
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL == spi->CPHA));
	}
    // 位置4
	if(!(spi->CPHA)){
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, spi->CPOL);
	}
}

• SPI 讀函數

/**
  * @brief  SPI 讀函數
  * @param 
  * @retval 
  * @author lzm
  */
unsigned char spiReadOneByte(eSPI_ID id)
{
	unsigned char i;
	unsigned char ret;
	const spi_t * spi = &spiDriverElem[id];
	
    // 位置1
    
	for(i=0; i<8; i++)
	{
        // 位置2
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL != spi->CPHA));	
		ret <<= 1;
		if(spiMisoIn(spi))
			ret |= 0x01;
		else
			ret &= 0xfe;
		spi->delayUsFun(spi->readDelayUsCnt);
        // 位置3
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL == spi->CPHA));
	}
    // 位置4
	spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, spi->CPOL);
	return ret;
}

• SPI 讀寫函數

/**
  * @brief  SPI 讀寫一體函數
  * @param 
  * @retval 
  * @author lzm
  */
unsigned char spiRWOneByte(eSPI_ID id, unsigned char data)
{
	unsigned char i;
	unsigned char ret;
	const spi_t * spi = &spiDriverElem[id];
	
    // 位置1
	if(spi->CPHA){
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, spi->CPOL);
	}
	
	for(i=0; i<8; i++)
	{
        // 位置2
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL != spi->CPHA));
		if(data & 0x80){
			spiMosiOutHi(spi);
		}
		else{
			spiMosiOutLo(spi);
		}
		data <<= 1;
		spi->delayUsFun(spi->readDelayUsCnt);
        // 位置3
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, (spi->CPOL == spi->CPHA));
		ret <<= 1;
		if(spiMisoIn(spi))
			ret |= 0x01;
		else
			ret &= 0xfe;
		spi->delayUsFun(spi->readDelayUsCnt);
	}
    // 位置4
	if(!(spi->CPHA)){
		spiOut(spi->sckGpiox, spi->sckPin, spi->CPOL);
	}
}