RVMCU課堂「15」: 手把手教你玩轉(zhuǎn)RVSTAR—SPI總線通信篇
[導(dǎo)讀]SPI是一種同步、高速、全雙工的通信總線，全稱為SerialPeripheralInterface（串行外設(shè)接口），由Motorola公司提出。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，常使用SPI接口連接一些傳感器、外接存儲(chǔ)器或通信模組，本期內(nèi)容將通過(guò)RV-STAR和ArduinoUNO間的SPI通...
SPI是一種同步、高速、全雙工的通信總線，全稱為Serial Peripheral Interface（串行外設(shè)接口），由Motorola公司提出。在嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，常使用SPI接口連接一些傳感器、外接存儲(chǔ)器或通信模組，本期內(nèi)容將通過(guò)RV-STAR和Arduino UNO間的SPI通信例程，帶領(lǐng)大家了解SPI的應(yīng)用方法。
系統(tǒng)環(huán)境Windows?10-64bit
軟件平臺(tái)NucleiStudio IDE 202102版CoolTerm
硬件需求RV-STAR開(kāi)發(fā)板Arduino UNO開(kāi)發(fā)板
SPI原理簡(jiǎn)介
SPI是一種主從式的總線通信，通常是“一主一從”或“一主多從”，但如果能保證系統(tǒng)中任意時(shí)刻只有一個(gè)處于激活狀態(tài)的主設(shè)備，也可以通過(guò)時(shí)分實(shí)現(xiàn)一條總線上有多個(gè)主設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的SPI需要四根信號(hào)線：
SPI的工作基于移位寄存器：為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸或數(shù)據(jù)接收，主設(shè)備和從設(shè)備包含了專用的移位寄存器，通常是8位或16位。工作過(guò)程就像一個(gè)環(huán)形傳送帶：由主機(jī)逐位將數(shù)據(jù)放在傳送帶上，并驅(qū)動(dòng)傳送帶將數(shù)據(jù)傳送到從機(jī)，同時(shí)從機(jī)也會(huì)同步地逐位將數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。
GD32VF103的SPI模塊
GD32VF103的SPI接口模塊提供了基于SPI協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，可以工作于主機(jī)或從機(jī)模式，同時(shí)具有硬件CRC計(jì)算和校驗(yàn)的全雙工及半雙工模式。
SPI模塊的主要特征：
實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)部分我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的SPI通信過(guò)程：字符串?dāng)?shù)據(jù)由主機(jī)（RV-STAR）生成，并通過(guò)SPI接口發(fā)送到從機(jī)（Arduino UNO），然后從機(jī)再將字符串?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)串口打印輸出到PC主機(jī)上。由于我們采用的是“一主一從”的通信模式，不需要進(jìn)行片選，因此可以省去SS線的連接（但一定要共地線），這樣也可以同時(shí)簡(jiǎn)化部分代碼，可以參考如下方式將兩個(gè)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行連線：
然后需要分別創(chuàng)建工程并編寫代碼，RV-STAR的工程創(chuàng)建相信讀者們已經(jīng)很熟悉了，Arduino的話，可用Arduino IDE進(jìn)行開(kāi)發(fā)。RV-STAR 作為?SPI 主機(jī)，在傳輸數(shù)據(jù)前需要對(duì)?SPI 外設(shè)進(jìn)行配置：首先使能外設(shè)時(shí)鐘，然后初始化輸出端口，SCK 和 MOSI 引腳初始化為推挽輸出模式，MOSI需要初始化為浮空輸入模式；然后創(chuàng)建一個(gè) SPI 初始化結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行配置，其中，需要設(shè)置時(shí)鐘極性為低、在第一個(gè)跳變沿處理數(shù)據(jù)（即 SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE），這是為了和Arduino的SPI默認(rèn)配置保持一致，另外由于Arduino本身的時(shí)鐘速率較低，SPI速率不宜過(guò)高，因此這里分頻系數(shù)設(shè)置為128，配置部分的完整代碼如下：
void?spi_config()
{
????rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);
????/* configure SPI0 GPIO : SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
????spi_parameter_struct spi_init_struct;
????/* deinitialize SPI and the parameters */
????spi_i2s_deinit(SPI0);
????
????spi_struct_para_init(
系統(tǒng)環(huán)境Windows?10-64bit
軟件平臺(tái)NucleiStudio IDE 202102版CoolTerm
硬件需求RV-STAR開(kāi)發(fā)板Arduino UNO開(kāi)發(fā)板
SPI原理簡(jiǎn)介
SPI是一種主從式的總線通信，通常是“一主一從”或“一主多從”，但如果能保證系統(tǒng)中任意時(shí)刻只有一個(gè)處于激活狀態(tài)的主設(shè)備，也可以通過(guò)時(shí)分實(shí)現(xiàn)一條總線上有多個(gè)主設(shè)備。標(biāo)準(zhǔn)的SPI需要四根信號(hào)線：
- SS（Slave Select）：從設(shè)備選擇，也稱片選，主機(jī)通過(guò)拉低從機(jī)的片選信號(hào)選擇從機(jī)
- SCK（Serial Clock）：傳輸時(shí)鐘的信號(hào)線，時(shí)鐘信號(hào)由主機(jī)產(chǎn)生，類似于I2C的SCL
- MOSI（Master Out Slave In）：主設(shè)備輸出，從設(shè)備輸入，由主機(jī)向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的通道
- MISO（Master In Slave Out）：主設(shè)備輸入，從設(shè)備輸出，由從機(jī)向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的通道
SPI的工作基于移位寄存器：為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸或數(shù)據(jù)接收，主設(shè)備和從設(shè)備包含了專用的移位寄存器，通常是8位或16位。工作過(guò)程就像一個(gè)環(huán)形傳送帶：由主機(jī)逐位將數(shù)據(jù)放在傳送帶上，并驅(qū)動(dòng)傳送帶將數(shù)據(jù)傳送到從機(jī)，同時(shí)從機(jī)也會(huì)同步地逐位將數(shù)據(jù)傳送給主機(jī)。
GD32VF103的SPI模塊
GD32VF103的SPI接口模塊提供了基于SPI協(xié)議的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，可以工作于主機(jī)或從機(jī)模式，同時(shí)具有硬件CRC計(jì)算和校驗(yàn)的全雙工及半雙工模式。
SPI模塊的主要特征：
- 支持全雙工和半雙工的主從操作
- 16位寬度，獨(dú)立的發(fā)送和接收緩沖區(qū)
- 8位或16位數(shù)據(jù)幀格式
- 低位在前或高位在前的數(shù)據(jù)位順序
- 軟件和硬件NSS管理
- 硬件CRC計(jì)算、發(fā)送和校驗(yàn)
- 發(fā)送和接收支持DMA模式
- 支持SPI TI模式
- 支持SPI NSS脈沖模式
實(shí)驗(yàn)部分
實(shí)驗(yàn)部分我們將實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的SPI通信過(guò)程：字符串?dāng)?shù)據(jù)由主機(jī)（RV-STAR）生成，并通過(guò)SPI接口發(fā)送到從機(jī)（Arduino UNO），然后從機(jī)再將字符串?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)串口打印輸出到PC主機(jī)上。由于我們采用的是“一主一從”的通信模式，不需要進(jìn)行片選，因此可以省去SS線的連接（但一定要共地線），這樣也可以同時(shí)簡(jiǎn)化部分代碼，可以參考如下方式將兩個(gè)開(kāi)發(fā)板進(jìn)行連線：
然后需要分別創(chuàng)建工程并編寫代碼，RV-STAR的工程創(chuàng)建相信讀者們已經(jīng)很熟悉了，Arduino的話，可用Arduino IDE進(jìn)行開(kāi)發(fā)。RV-STAR 作為?SPI 主機(jī)，在傳輸數(shù)據(jù)前需要對(duì)?SPI 外設(shè)進(jìn)行配置：首先使能外設(shè)時(shí)鐘，然后初始化輸出端口，SCK 和 MOSI 引腳初始化為推挽輸出模式，MOSI需要初始化為浮空輸入模式；然后創(chuàng)建一個(gè) SPI 初始化結(jié)構(gòu)體并進(jìn)行配置，其中，需要設(shè)置時(shí)鐘極性為低、在第一個(gè)跳變沿處理數(shù)據(jù)（即 SPI_CK_PL_LOW_PH_1EDGE），這是為了和Arduino的SPI默認(rèn)配置保持一致，另外由于Arduino本身的時(shí)鐘速率較低，SPI速率不宜過(guò)高，因此這里分頻系數(shù)設(shè)置為128，配置部分的完整代碼如下：
void?spi_config()
{
????rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_AF);
????rcu_periph_clock_enable(RCU_SPI0);
????/* configure SPI0 GPIO : SCK/PA5, MISO/PA6, MOSI/PA7 */
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_AF_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_5 | GPIO_PIN_7);
????gpio_init(GPIOA, GPIO_MODE_IN_FLOATING, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_6);
????spi_parameter_struct spi_init_struct;
????/* deinitialize SPI and the parameters */
????spi_i2s_deinit(SPI0);
????
????spi_struct_para_init(
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