嵌入式Linux开发11——SPI实验

本文主要是介绍嵌入式Linux开发11——SPI实验，对大家解决编程问题具有一定的参考价值，需要的程序猿们随着小编来一起学习吧！

背景知识

  同 I2C 一样， SPI 是很常用的通信接口，也可以通过 SPI 来连接众多的传感器。相比 I2C 接口， SPI 接口的通信速度很快， I2C 最多 400KHz，但是 SPI 可以到达几十 MHz。

SPI简介

  上一章我们讲解了 I2C， I2C 是串行通信的一种，只需要两根线就可以完成主机和从机之间的通信，但是 I2C 的速度最高只能到 400KHz，如果对于访问速度要求比较高的话 I2C 就不适合了。本章我们就来学习一下另外一个和 I2C 一样广泛使用的串行通信： SPI， SPI 全称是 Serial Perripheral Interface，也就是串行外围设备接口。 SPI 是 Motorola 公司推出的一种同步串行接口技术，是一种高速、全双工的同步通信总线， SPI 时钟频率相比 I2C 要高很多，最高可以工作在上百 MHz。 SPI 以主从方式工作，通常是有一个主设备和一个或多个从设备，一般 SPI 需要4 根线，但是也可以使用三根线(单向传输)，本章我们讲解标准的 4 线 SPI，这四根线如下：
①、 CS/SS， Slave Select/Chip Select，这个是片选信号线，用于选择需要进行通信的从设备。I2C 主机是通过发送从机设备地址来选择需要进行通信的从机设备的， SPI 主机不需要发送从机设备，直接将相应的从机设备片选信号拉低即可。
②、 SCK， Serial Clock，串行时钟，和 I2C 的 SCL 一样，为 SPI 通信提供时钟。
③、 MOSI/SDO， Master Out Slave In/Serial Data Output，简称主出从入信号线，这根数据线只能用于主机向从机发送数据，也就是主机输出，从机输入。
④、 MISO/SDI， Master In Slave Out/Serial Data Input，简称主入从出信号线，这根数据线只能用户从机向主机发送数据，也就是主机输入，从机输出。
  SPI 通信都是由主机发起的，主机需要提供通信的时钟信号。主机通过 SPI 线连接多个从设备的结构如图：

  SPI 有四种工作模式，通过串行时钟极性(CPOL)和相位(CPHA)的搭配来得到四种工作模式：
①、 CPOL=0，串行时钟空闲状态为低电平。
②、 CPOL=1，串行时钟空闲状态为高电平，此时可以通过配置时钟相位(CPHA)来选择具体的传输协议。
③、 CPHA=0，串行时钟的第一个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。
④、 CPHA=1，串行时钟的第二个跳变沿(上升沿或下降沿)采集数据。
  这四种工作模式如图所示：
  跟I2C 一样， SPI 也是有时序图的，以 CPOL=0， CPHA=0 这个工作模式为例， SPI 进行全双工通信的时序如图：

  从图中可以看出， SPI 的时序图很简单，不像 I2C 那样还要分为读时序和写时序，因为 SPI 是全双工的，所以读写时序可以一起完成。图中， CS 片选信号先拉低，选中要通信的从设备，然后通过 MOSI 和 MISO 这两根数据线进行收发数据， MOSI 数据线发出了0XD2 这个数据给从设备，同时从设备也通过 MISO 线给主设备返回了 0X66 这个数据。这个就是 SPI 时序图。

I.MX6U ECSPI 简介

  I.MX6U 自带的 SPI 外设叫做 ECSPI，全称是 Enhanced Configurable Serial Peripheral Interface，别看前面加了个“EC”就以为和标准 SPI 有啥不同的， 其实就是 SPI。 ECSPI 有 6432 个接收FIFO(RXFIFO)和 6432 个发送 FIFO(TXFIFO)， ECSPI 特性如下：
①、全双工同步串行接口。
②、可配置的主/从模式。
③、四个片选信号，支持多从机。
④、发送和接收都有一个 32x64 的 FIFO。
⑤、片选信号 SS/CS，时钟信号 SCLK 极性可配置。
⑥、支持 DMA。
  I.MX6U 的 ECSPI 可以工作在主模式或从模式，I.MX6U 有 4 个ECSPI，每个 ECSPI 支持四个片选信号，也就说，如果你要使用 ECSPI 的硬件片选信号的话，一个 ECSPI 可以支持 4 个外设。如果不使用硬件的片选信号就可以支持不限个外设。

程序编写

SPI.c

/*
 * @description		: 初始化SPI
 * @param - base	: 要初始化的SPI
 * @return 			: 无
 */
void spi_init(ECSPI_Type *base)
{
	/* 配置CONREG寄存器
	 * bit0 : 		1 	使能ECSPI
	 * bit3 : 		1	当向TXFIFO写入数据以后立即开启SPI突发。
	 * bit[7:4] : 	0001 SPI通道0主模式，根据实际情况选择，
	 *            	   	开发板上的ICM-20608接在SS0上，所以设置通道0为主模式
	 * bit[19:18]:	00 	选中通道0(其实不需要，因为片选信号我们我们自己控制)
	 * bit[31:20]:	0x7	突发长度为8个bit。 
	 */
	base->CONREG = 0; /* 先清除控制寄存器 */
	base->CONREG |= (1 << 0) | (1 << 3) | (1 << 4) | (7 << 20); /* 配置CONREG寄存器 */

	/*
     * ECSPI通道0设置,即设置CONFIGREG寄存器
     * bit0:	0 通道0 PHA为0
     * bit4:	0 通道0 SCLK高电平有效
     * bit8: 	0 通道0片选信号 当SMC为1的时候此位无效
     * bit12：	0 通道0 POL为0
     * bit16：	0 通道0 数据线空闲时高电平
     * bit20:	0 通道0 时钟线空闲时低电平
	 */
	base->CONFIGREG = 0; 		/* 设置通道寄存器 */
	
	/*  
     * ECSPI通道0设置，设置采样周期
     * bit[14:0] :	0X2000  采样等待周期，比如当SPI时钟为10MHz的时候
     *  		    0X2000就等于1/10000 * 0X2000 = 0.8192ms，也就是连续
     *          	读取数据的时候每次之间间隔0.8ms
     * bit15	 :  0  采样时钟源为SPI CLK
     * bit[21:16]:  0  片选延时，可设置为0~63
	 */
	base->PERIODREG = 0X2000;		/* 设置采样周期寄存器 */

	/*
     * ECSPI的SPI时钟配置，SPI的时钟源来源于pll3_sw_clk/8=480/8=60MHz
     * 通过设置CONREG寄存器的PER_DIVIDER(bit[11:8])和POST_DIVEDER(bit[15:12])来
     * 对SPI时钟源分频，获取到我们想要的SPI时钟：
     * SPI CLK = (SourceCLK / PER_DIVIDER) / (2^POST_DIVEDER)
     * 比如我们现在要设置SPI时钟为6MHz，那么PER_DIVEIDER和POST_DEIVIDER设置如下：
     * PER_DIVIDER = 0X9。
     * POST_DIVIDER = 0X0。
     * SPI CLK = 60000000/(0X9 + 1) = 60000000=6MHz
	 */
	base->CONREG &= ~((0XF << 12) | (0XF << 8));	/* 清除PER_DIVDER和POST_DIVEDER以前的设置 */
	base->CONREG |= (0X9 << 12);					/* 设置SPI CLK = 6MHz */
}

/*
 * @description		: SPI通道0发送/接收一个字节的数据
 * @param - base	: 要使用的SPI
 * @param - txdata	: 要发送的数据
 * @return 			: 无
 */
unsigned char spich0_readwrite_byte(ECSPI_Type *base, unsigned char txdata)
{ 
	uint32_t  spirxdata = 0;
	uint32_t  spitxdata = txdata;

    /* 选择通道0 */
	base->CONREG &= ~(3 << 18);
	base->CONREG |= (0 << 18);

  	while((base->STATREG & (1 << 0)) == 0){} /* 等待发送FIFO为空 */
		base->TXDATA = spitxdata;
	
	while((base->STATREG & (1 << 3)) == 0){} /* 等待接收FIFO有数据 */
		spirxdata = base->RXDATA;
	return spirxdata;
}

  SPI.c中有两个函数：spi_init 和 spich0_readwrite_byte，函数 spi_init 是 SPI 初始化函数，此函数会初始化 SPI 的时钟，通道等。函数 spich0_readwrite_byte 是 SPI 通道0收发函数，通过此函数即可完成 SPI 的全双工数据收发。

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