框架-SPI四种模式+通用设备驱动实现

Posted 2020-12-20 lizhuming

目录

• 前言
• 笔录草稿
• SPI介绍
• SPI四种模式 **
• SPI 驱动框架 **
  • 框架

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前言

• SPI 介绍为搜集百度资料+个人理解
• 其余为原创（有误请指正）
• 集四种模式于一身

笔录草稿

SPI介绍

• SPI 协议简介

  • SPI 协议是由摩托罗拉公司提出的通讯协议(Serial Peripheral Interface)，即串行外围设备接口，是一种高速全双工的通信总线。
  • 是一个环形总线结构
    • 由 ss(cs)、sck、sdi、sdo 构成
    • 其时序主要是在 sck 的控制下，两个双向移位寄存器进行数据交换。

• 物理线说明

  • SS
    • 从设备选择信号线，常称为片选信号线，也称为NSS、CS。
    • 用于选择从机。
  • SCK (Serial Clock)
    • 时钟信号线
    • 用于通讯数据同步。
  • MOSI (Master Output， Slave Input)
    • 主设备输出/从设备输入引脚。
    • 主机发出，从机接收。
  • MISO (Master Input,，Slave Output)
    • 主设备输入/从设备输出引脚。
    • 从机发出，主机接收。

• SPI 四种模式

  • 请移步到下面章节学习

• SPI的协议层

  • SPI协议定义了通讯的起始和停止信号、数据有效性、时钟同步等环节。
  • 基本通讯过程
  • 图解
    1. 标号1：NSS信号线由高变低，是SPI通讯的起始信号。
    2. 标号6：NSS信号由低变高，是SPI通讯的停止信号。

• 简单时序图

• 模式时序图

SPI四种模式 **

• 四种模式由 CPOL 和 CPHA 组合区分
• CPOL
  • 时钟极性
  • 是指SPI通讯设备处于空闲状态时，SCK信号线的电平信号
  • 为 0 时
    • SCK 空闲状态为 低电平
  • 为 1 时
    • SCK 空闲状态为 高电平
• CPHA
  • 时钟相位
  • 是指数据的采样的时刻
  • 为 0 时
    • MOSI或MISO数据线上的信号将会在SCK时钟线的“奇数边沿”被采样。（即是第一个边沿）
    • 这种模式适合那种从设备一旦被片选后就输出数据到MISO线上。
  • 为 1 时
    • 数据线在SCK的“偶数边沿”采样。（即是第二个边沿）
    • 这种模式适合那种从设备被片选后还需要一个时钟才能 输出数据到MISO线上。
• 四种模式（CPOL, CPHA）
  • 模式 0：（0, 0）
    • SCK空闲为 低电平，数据在SCK的 上升沿 被采样
  • 模式 1：（0, 1）
    • SCK空闲为 低电平，数据在SCK的 下降沿 被采样
  • 模式 2：（1, 0）
    • SCK空闲为 高电平，数据在SCK的 下降沿 被采样
  • 模式 3：（1, 1）
    • SCK空闲为 高电平，数据在SCK的 上升沿 被采样

SPI 驱动框架 **

框架

• 实现方法参考 I2C设备驱动拆解
• 自己先在写出四种模式的读写时序，便会发现以下规律
• 读写的逻辑差不多都一样，只是 SCK 信号线出现的位置及高低电平会因不同模式而不同。（这里我就不分别写出4种模式的单独实现了，直接上规律表，然后实现统一的源码）

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

由上规律得出 支持四种模式的 SPI 读写源码

• SPI 写函数

/**
  * @brief  SPI 写函数
  * @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 读函数

/**
  * @brief  SPI 读函数
  * @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 读写函数

/**
  * @brief  SPI 读写一体函数
  * @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);
	}
}