框架-SPI四種模式+通用設備驅動實現

目錄

• 前言
• 筆錄草稿
• SPI介紹
• SPI四種模式 **
• SPI 驅動框架 **
  • 框架

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前言

• SPI 介紹爲蒐集百度資料+我的理解
• 其他爲原創（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信協議(Serial Peripheral Interface)，即串行外圍設備接口，是一種高速全雙工的通訊總線。
  • 是一個環形總線結構
    • 由 ss(cs)、sck、sdi、sdo 構成
    • 其時序主要是在 sck 的控制下，兩個雙向移位寄存器進行數據交換。

• 物理線說明

  • SS
    • 從設備選擇信號線，常稱爲片選信號線，也稱爲NSS、CS。
    • 用於選擇從機。
  • SCK (Serial Clock)
    • 時鐘信號線
    • 用於通信數據同步。
  • 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協議定義了通信的起始和中止信號、數據有效性、時鐘同步等環節。
  • 基本通信過程
  • 圖解
    1. 標號1：NSS信號線由高變低，是SPI通信的起始信號。
    2. 標號6：NSS信號由低變高，是SPI通信的中止信號。

• 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通信設備處於空閒狀態時，SCK信號線的電平信號
  • 爲 0 時
    • SCK 空閒狀態爲 低電平
  • 爲 1 時
    • SCK 空閒狀態爲 高電平
• CPHA
  • 時鐘相位
  • 是指數據的採樣的時刻
  • 爲 0 時
    • MOSI或MISO數據線上的信號將會在SCK時鐘線的「奇數邊沿」被採樣。（便是第一個邊沿）
    • 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。
  • 爲 1 時
    • 數據線在SCK的「偶數邊沿」採樣。（便是第二個邊沿）
    • 這種模式適合那種從設備被片選後還須要一個時鐘才能 輸出數據到MISO線上。
• 四種模式（CPOL, CPHA）
  • 模式 0：（0, 0）
    • SCK空閒爲 低電平，數據在SCK的 上升沿 被採樣
  • 模式 1：（0, 1）
    • SCK空閒爲 低電平，數據在SCK的 降低沿 被採樣
  • 模式 2：（1, 0）
    • SCK空閒爲 高電平，數據在SCK的 降低沿 被採樣
  • 模式 3：（1, 1）
    • SCK空閒爲 高電平，數據在SCK的 上升沿 被採樣

SPI 驅動框架 **

框架

• 實現方法參考 I2C設備驅動拆解
• 本身先在寫出四種模式的讀寫時序，便會發現如下規律
• 讀寫的邏輯差很少都同樣，只是 SCK 信號線出現的位置及高低電平會因不一樣模式而不一樣。（這裏我就不分別寫出4種模式的單獨實現了，直接上規律表，而後實現統一的源碼）

R/W	CPOL	CPHA	位置1-SCK	位置2-SCK	位置3-SCK	位置4-SCK
R	0	0	X	0	1	0
R	0	1	X	1	0	0
R	1	0	X	1	0	1
R	1	1	X	0	1	1
-	-	-	-	-	-	-
W	0	0	X	0	1	0
W	0	1	0	1	0	X
W	1	0	X	1	0	1
W	1	1	1	0	1	X

由上規律得出 支持四種模式的 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);
	}
}