框架-SPI四種模式+通用裝置驅動實現

李柱明發表於2020-10-31
框架模式

目錄

前言

  • SPI 介紹為蒐集百度資料+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)，即序列外圍裝置介面，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資料交換。

  • 物理線說明

    • SS
      • 從裝置選擇訊號線，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
      • 用於通訊資料同步。
    • MOSI (Master Output， Slave Input)
      • 主裝置輸出/從裝置輸入引腳。
      • 主機發出，從機接收。
    • MISO (Master Input,，Slave Output)
      • 主裝置輸入/從裝置輸出引腳。
      • 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、資料有效性、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通訊裝置處於空閒狀態時，SCK訊號線的電平訊號
    • 為 0 時
      • SCK 空閒狀態為 低電平
    • 為 1 時
      • SCK 空閒狀態為 高電平
  • CPHA
    • 時鐘相位
    • 是指資料的取樣的時刻
    • 為 0 時
      • MOSI或MISO資料線上的訊號將會在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裝置一旦被片選後就輸出資料到MISO線上。
    • 為 1 時
      • 資料線在SCK的“偶數邊沿”取樣。（即是第二個邊沿）
      • 這種模式適合那種從裝置被片選後還需要一個時鐘才能 輸出資料到MISO線上。
  • 四種模式（CPOL, CPHA）
    • 模式 0：（0, 0）
      • SCK空閒為 低電平，資料在SCK的 上升沿 被取樣
    • 模式 1：（0, 1）
      • SCK空閒為 低電平，資料在SCK的 下降沿 被取樣
    • 模式 2：（1, 0）
      • SCK空閒為 高電平，資料在SCK的 下降沿 被取樣
    • 模式 3：（1, 1）
      • SCK空閒為 高電平，資料在SCK的 上升沿 被取樣

SPI 驅動框架 **

框架

  • 實現方法參考 I2C裝置驅動拆解
  • 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，然後實現統一的原始碼）
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 支援四種模式的 SPI 讀寫原始碼

  • SPI 寫函式
/**
  * @brief  SPI 寫函式
  * @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 讀函式
/**
  * @brief  SPI 讀函式
  * @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 讀寫函式
/**
  * @brief  SPI 讀寫一體函式
  * @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);
	}
}

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