第020课 SPI裸板

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第001节_SPI协议介绍

市面上的开发板很少接有SPI设备,但是SPI协议在工作中经常用到。我们开发了SPI模块,上面有SPI Flash和SPI OLED。OLED就是一块显示器。

我们裸板程序会涉及两部分:

  1. 用GPIO模拟SPI
  2. 用S3C2440的SPI控制器

我们先介绍下SPI协议,硬件框架如下:

Chapter20 lesson1 001.jpg

SCK:提供时钟
DO:作为数据输出
DI:作为数据输入
CS0/CS1:作为片选

同一时刻只能有一个SPI设备处于工作状态。

假设现在2440传输一个0x56数据给SPI Flash,时序如下:
Chapter20 lesson1 002.jpg 首先CS0先拉低选中SPI Flash,0x56的二进制就是0b0101 0110,因此在每个SCK时钟周期,DO输出对应的电平。 SPI Flash会在每个时钟周期的上升沿读取D0上的电平。

在SPI协议中,有两个值来确定SPI的模式。 CPOL:表示SPICLK的初始电平,0为电平,1为高电平 CPHA:表示相位,即第一个还是第二个时钟沿采样数据,0为第一个时钟沿,1为第二个时钟沿

CPOL CPHA 模式 含义
0 0 0 初始电平为低电平,在第一个时钟沿采样数据
0 1 1 初始电平为低电平,在第二个时钟沿采样数据
1 0 2 初始电平为高电平,在第一个时钟沿采样数据
1 1 3 初始电平为高电平,在第二个时钟沿采样数据

我们常用的是模式0和模式3,因为它们都是在上升沿采样数据,不用去在乎时钟的初始电平是什么,只要在上升沿采集数据就行。

极性选什么?格式选什么?通常去参考外接的模块的芯片手册。比如对于OLED,查看它的芯片手册时序部分:
Chapter20 lesson1 003.jpg

SCLK的初始电平我们并不需要关心,只要保证在上升沿采样数据就行。

第002节_使用GPIO实现SPI协议操作OLED

现在开始写代码,使用GPIO实现SPI协议操作。

我们现在想要操作OLED,通过三条线(SCK、DO、CS)与OLED相连,这里没有DI是因为2440只会向OLED传数据而不用接收数据。

我们要用GPIO来实现SOC向OLED写数据,这一层用gpio_spi.c来实现,负责发送数据。

对于OLED,有专门的指令和数据格式,要传输的数据内容,在oled.c这一层来实现,负责组织数据。

因此,我们需要实现以上两个文件。
Chapter20 lesson2 001.jpg

需要实现的函数:先SPI初始化SPIInt(),再初始化OLEDOLEDInit(),最后再显示OLEDPrint()。


新建一个gpio_spi.c文件,实现SPI初始化SPIInt()

void SPIInit(void)
{
    /* 初始化引脚 */
    SPI_GPIO_Init();
}

再具体实现SPI_GPIO_Init()。这里使用GPIO实现SPI协议,电路图如下:
Chapter20 lesson2 002.jpg

GPF1作为OLED片选引脚,设置为输出;
GPG2作为FLASH片选引脚,设置为输出;
GPG4作为OLED的数据(Data)/命令(Command)选择引脚,设置为输出;
GPG5作为SPI的MISO,设置为输入;
GPG6作为SPI的MOSI,设置为输出;
GPG7作为SPI的时钟CLK,设置为输出;
/* 用GPIO模拟SPI */
static void SPI_GPIO_Init(void)
{
    /* GPF1 OLED_CSn output */
    GPFCON &= ~(3<<(1*2));
    GPFCON |= (1<<(1*2));
    GPFDAT |= (1<<1);

    /* GPG2 FLASH_CSn output
    * GPG4 OLED_DC   output
    * GPG5 SPIMISO   input
    * GPG6 SPIMOSI   output
    * GPG7 SPICLK    output
    */
    GPGCON &= ~((3<<(2*2)) | (3<<(4*2)) | (3<<(5*2)) | (3<<(6*2)) | (3<<(7*2)));
    GPGCON |= ((1<<(2*2)) | (1<<(4*2)) | (1<<(6*2)) | (1<<(7*2)));
    GPGDAT |= (1<<2);
}

再新建一个oled.c文件,以实现初始化OLEDOLEDInit()

void OLEDInit(void)
{
/* 向OLED发命令以初始化 */
}

查阅OLED数据手册SPEC UG-2864TMBEG01.pdf可以得知其初始化流程和参考的初始化代码:

void OLEDInit(void)
{
    /* 向OLED发命令以初始化 */
    OLEDWriteCmd(0xAE); /*display off*/ 
    OLEDWriteCmd(0x00); /*set lower column address*/ 
    OLEDWriteCmd(0x10); /*set higher column address*/ 
    OLEDWriteCmd(0x40); /*set display start line*/ 
    OLEDWriteCmd(0xB0); /*set page address*/ 
    OLEDWriteCmd(0x81); /*contract control*/ 
    OLEDWriteCmd(0x66); /*128*/ 
    OLEDWriteCmd(0xA1); /*set segment remap*/ 
    OLEDWriteCmd(0xA6); /*normal / reverse*/ 
    OLEDWriteCmd(0xA8); /*multiplex ratio*/ 
    OLEDWriteCmd(0x3F); /*duty = 1/64*/ 
    OLEDWriteCmd(0xC8); /*Com scan direction*/ 
    OLEDWriteCmd(0xD3); /*set display offset*/ 
    OLEDWriteCmd(0x00); 
    OLEDWriteCmd(0xD5); /*set osc division*/ 
    OLEDWriteCmd(0x80); 
    OLEDWriteCmd(0xD9); /*set pre-charge period*/ 
    OLEDWriteCmd(0x1f); 
    OLEDWriteCmd(0xDA); /*set COM pins*/ 
    OLEDWriteCmd(0x12); 
    OLEDWriteCmd(0xdb); /*set vcomh*/ 
    OLEDWriteCmd(0x30); 
    OLEDWriteCmd(0x8d); /*set charge pump enable*/ 
    OLEDWriteCmd(0x14); 
}

因此我们还要先实现OLEDWriteCmd()函数,对于OLED,除了SPI的片选、时钟、数据引脚,还有一个数据/命令切换引脚。
Chapter20 lesson2 003.jpg

这里的D/C即数据(Data)/命令(Command)选择引脚,它为高电平时,OLED即认为收到的是数据;它为低电平时,OLED即认为收到的是命令。

对于OLED,命令由开启/关闭显示、背光亮度等,具体有什么命令,可以查阅OLED的主控芯片手册SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf,在9 COMMAND TABLE 有相关命令的介绍。

因此,在编写OLEDWriteCmd()时,需要先设置为命令模式:

static void OLEDWriteCmd(unsigned char cmd)
{
    OLED_Set_DC(0); /* command */
    OLED_Set_CS(0); /* select OLED */

    SPISendByte(cmd);

    OLED_Set_CS(1); /* de-select OLED */
    OLED_Set_DC(1); /*  */
}

即:先设置为命令模式,再片选OLED,再传输命令,再恢复成原来的模式和取消片选。

片选函数和模式切换函数都比较简单,设置为对应的高低电平即可:

static void OLED_Set_DC(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<4);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<4);
}

static void OLED_Set_CS(char val)
{
    if (val)
        GPFDAT |= (1<<1);
    else
        GPFDAT &= ~(1<<1);
}

还剩下SPISendByte()函数,它属于SPI协议,放在gpio_spi.c里面:

void SPISendByte(unsigned char val)
{
    int i;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        SPI_Set_CLK(0);
        SPI_Set_DO(val & 0x80);
        SPI_Set_CLK(1);
        val <<= 1;
    }
    
}

发送数据要满足SPI的时序要求,参考前面的介绍:
Chapter20 lesson1 002.jpg

先设置CLK为低,然后数据引脚输出数据的最高位,然后CLK为高,在CLK这个上升沿中,OLED就读取了一位数据。接着左移一位,将原来的第7位移动到了第8位,重复8次,传输完成。

再完成SPI_Set_CLK()和SPI_Set_DO():

static void SPI_Set_CLK(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<7);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<7);
}

static void SPI_Set_DO(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<6);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<6);
}

至此,SPI初始化和OLED初始化就基本完成了,接下来就是OLED显示部分。

先了解一下OLED显示的原理:
Chapter20 lesson2 004.jpg


OLED长有128个像素,宽有64个像素,每个像素用一位来表示,为1则亮,为0则灭。

每一个字节数据Datax控制每列8个像素,在显存里面存放Data数据。

之后所需的操作就是把数据写到显存里面去,如何写到显存可以拆分成两个问题:

①怎么发地址

②怎么发数据


OLED主控的手册里介绍了三种地址模式,我们常用的是页地址模式(Page addressing mode (A[1:0]=10xb)),它把显存的64行分为8页,每页对应8行;选中某页后,再选择某列,然后就可以往里面写数据了,每写一个数据,地址就会加1,一直写到最右端的位置,他会自动跳到最左端。

通过命令来实现发送页地址和列地址,其中列地址分为两次发送,先发送低字节,再发送高字节。

假设每个字符数据大小为8x16,假如第一个字符位置为(page,col),相邻的右边就是(page,col+8),写满一行跳至下一行的坐标就是(page+2,col)。

/* page: 0-7
 * col : 0-127
 * 字符: 8x16象素
 */
void OLEDPrint(int page, int col, char *str)
{
    int i = 0;
    while (str[i])
    {
        OLEDPutChar(page, col, str[i]);
        col += 8;
        if (col > 127)
        {
            col = 0;
            page += 2;
        }
        i++;
    }
}

只要字符数组str[i]有数据,就调用OLEDPutChar(page, col, str[i])在指定位置显示第一个字符,然后位置向右移动一个字符的大小,如果遇到行尾,再进行换行,就这样依次显示完所有字符。


现在开始实现最重要的OLEDPutChar()函数。把一个字符在OLED上显示出来需要以下几个步骤:

a. 得到字模

b. 发给OLED


字模我们可以从网上搜索相关资料获取到,将字模的数组oled_asc2_8x16[95][16]放在oledfont.c里面,字符从空格开始,因此每次减去一个空格才是我们想要的字符。

如图所示一个字符,先以(page, col)为起点,显示8位数据,再换行,以(page+1, col)为起点显示8位数据。
Chapter20 lesson2 005.jpg

/* page: 0-7
 * col : 0-127
 * 字符: 8x16象素
 */
void OLEDPutChar(int page, int col, char c)
{
    int i = 0;
    /* 得到字模 */
    const unsigned char *dots = oled_asc2_8x16[c - ' '];

    /* 发给OLED */
    OLEDSetPos(page, col);
    /* 发出8字节数据 */
    for (i = 0; i < 8; i++)
        OLEDWriteDat(dots[i]);

    OLEDSetPos(page+1, col);
    /* 发出8字节数据 */
    for (i = 0; i < 8; i++)
        OLEDWriteDat(dots[i+8]);
}

显示一个字符,就先获取字模数据,接着发出8字节数据,再换行发出8字节数。

再来实现OLED设置坐标位置函数,先设置page:
Chapter20 lesson2 006.jpg
D0~D2表示page数据,D3-D7是固定的值,因此每次写的命令内容为0xB0+page;

再设置列:
Chapter20 lesson2 007.jpg

分两次发送,显示发送低字节4位,再发送高字节四位;

static void OLEDSetPos(int page, int col)
{
    OLEDWriteCmd(0xB0 + page); /* page address */

    OLEDWriteCmd(col & 0xf);   /* Lower Column Start Address */
    OLEDWriteCmd(0x10 + (col >> 4));   /* Lower Higher Start Address */
}

前面提到了OLED主控有三种地址模式,我们常用的是页地址模式(Page addressing mode (A[1:0]=10xb)),虽然这是默认的摸索,但还是设置一下比较好:
Chapter20 lesson2 008.jpg

即先发送0x20,再设置A[1:0]=10:

static void OLEDSetPageAddrMode(void)
{
    OLEDWriteCmd(0x20);
    OLEDWriteCmd(0x02);
}

在显示中,一般都需一个清屏函数来清空当前可能显示的数据。清屏函数比较简单,往所有位置里面写0即可:

static void OLEDClear(void)
{
    int page, i;
    for (page = 0; page < 8; page ++)
    {
        OLEDSetPos(page, 0);
        for (i = 0; i < 128; i++)
            OLEDWriteDat(0);
    }
}

再把地址模式OLEDSetPageAddrMode()和清屏函数OLEDClear()放在SPI_GPIO_Init()里,在Makefile加上gpio_spi.o和oled.o。

最后在主函数里加上初始化和显示函数:

SPIInit();
OLEDInit();
OLEDPrint(0,0,"www.100ask.net, 100ask.taobao.com");

第003节_SPI_FLASH编程_读ID

这节讲解如何使用SPI操作Flash,我们在上节课的代码上进行修改,添加一个文件 spi_flash.c 和其头文件 spi_flash.h 。

我们先做一个最简单的spi操作,读取Flash的ID, SPIFlashID() 。

Flash的ID有厂家ID和设备ID,分别用pMID和pDID来保存。

根据Flash的芯片手册 W25Q16DV.pdf 可以知道需要先发出一个指令0x90,再发送24位的地址0,再读取数据前8位是设备ID,然后是8位设备ID。进行操作前必须要片选SPI Flash,片选完还是释放SPI Flash:

Chapter20 lesson3 001.jpg
void SPIFlashReadID(int *pMID, int *pDID)
{
    SPIFlash_Set_CS(0); /* 选中SPI FLASH */

    SPISendByte(0x90);

    SPIFlashSendAddr(0);

    *pMID = SPIRecvByte();
    *pDID = SPIRecvByte();

    SPIFlash_Set_CS(1);
}

把其中的发送24地址封装成了一个函数 SPIFlashSendAddr() :

static void SPIFlashSendAddr(unsigned int addr)
{
    SPISendByte(addr >> 16);
    SPISendByte(addr >> 8);
    SPISendByte(addr & 0xff);
}

依次完成上面的子函数,先是SPI片选,上一节的原理图可以看到SPI Flash的片选是GPG2:

static void SPIFlash_Set_CS(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<2);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<2);
}
SPISendByte() 和前面OLED的是一样的,就不用写了,因此就只剩下 SPIRecvByte() ,放在 gpio_spi.c 里面实现:

unsigned char SPIRecvByte(void)
{
    int i;
    unsigned char val = 0;
    for (i = 0; i < 8; i++)
    {
        val <<= 1;
        SPI_Set_CLK(0);
        if (SPI_Get_DI())
            val |= 1;
        SPI_Set_CLK(1);
    }
    return val;    
}

在每个时钟周期读取DI引脚上的值,对于SOC就是MISO引脚:

static char SPI_Get_DI(void)
{
    if (GPGDAT & (1<<5))
        return 1;
    else 
        return 0;
}

至此,读取Flash的ID基本实现,最后在主函数里调用打印,分别在串口和OLED上显示:

    SPIFlashReadID(&mid, &pid);
    printf("SPI Flash : MID = 0x%02x, PID = 0x%02x\n\r", mid, pid);

    sprintf(str, "SPI : %02x, %02x", mid, pid);
    OLEDPrint(4,0,str);

Makefile记得加上新生成的 spi_flash.o 。

第004节_SPI_FLASH编程_读写

Flash作为一个存储芯片,最重要的就是存储和读取存储的数据,这节我们就实现Flash里数据的读写。 对于Flash,每次写操作需要的步骤如下:

  1. 去保护(写使能、写状态寄存器);
  2. 擦除(写使能)
  3. 编写入数据(写使能)

可以看出对于写操作,每次都要写使能,查阅芯片手册,可以看出写使能比较简单,只需要发送0x06命令即可:
Chapter20 lesson4 001.jpg

反之,写保护则是写入0x04:
Chapter20 lesson4 002.jpg

static void SPIFlashWriteEnable(int enable)
{
    if (enable)
    {
        SPIFlash_Set_CS(0);
        SPISendByte(0x06);
        SPIFlash_Set_CS(1);
    }
    else
    {
        SPIFlash_Set_CS(0);
        SPISendByte(0x04);
        SPIFlash_Set_CS(1);
    }
}

然后是读写状态寄存器,状态寄存器有两个,通过0x05读取状态寄存器1,通过0x35读取状态寄存器2:
Chapter20 lesson4 001.jpg

static unsigned char SPIFlashReadStatusReg1(void)
{
    unsigned char val;
    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x05);
    val = SPIRecvByte();
    SPIFlash_Set_CS(1);
    return val;
}

static unsigned char SPIFlashReadStatusReg2(void)
{
    unsigned char val;
    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x35);
    val = SPIRecvByte();
    SPIFlash_Set_CS(1);
    return val;
}

写状态寄存器则是先发出0x01命令,再依次发送状态寄存器1、状态寄存器2:
Chapter20 lesson4 004.jpg

static void SPIFlashWriteStatusReg(unsigned char reg1, unsigned char reg2)
{    
    SPIFlashWriteEnable(1);  
    
    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x01);
    SPISendByte(reg1);
    SPISendByte(reg2);
    SPIFlash_Set_CS(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();
}

写状态寄存器还需要去保护,默认的是发出`SPIFlashWriteEnable()`后,即可写状态寄存器,但为了确保万无一失,还是手动在将SRP1和SRP2设置为0,即将状态寄存器1的最高位清零和状态寄存器最低位清零:
Chapter20 lesson4 005.jpg
Chapter20 lesson4 006.jpg

static void SPIFlashClearProtectForStatusReg(void)
{
    unsigned char reg1, reg2;

    reg1 = SPIFlashReadStatusReg1();
    reg2 = SPIFlashReadStatusReg2();

    reg1 &= ~(1<<7);
    reg2 &= ~(1<<0);

    SPIFlashWriteStatusReg(reg1, reg2);
}

Flash有两种保护机制,一个是保护状态寄存器,一种是保护存储数据,现在再来清除数据保护。 需要将CMP设置为0的同时,将BP0、BP1、BP2都设置为0:
Chapter20 lesson4 007.jpg
Chapter20 lesson4 006.jpg


static void SPIFlashClearProtectForData(void)
{
    /* cmp=0,bp2,1,0=0b000 */
    unsigned char reg1, reg2;

    reg1 = SPIFlashReadStatusReg1();
    reg2 = SPIFlashReadStatusReg2();

    reg1 &= ~(7<<2);
    reg2 &= ~(1<<6);

    SPIFlashWriteStatusReg(reg1, reg2);
}

将两个清除写保护都放在一起,作为一个SPI Flash初始化函数:

void SPIFlashInit(void)
{
    SPIFlashClearProtectForStatusReg();
    SPIFlashClearProtectForData();
}

再来实现擦除,擦除命令需要先发一个0x20的命令,再发出24位的想擦除位置的地址: Chapter20 lesson4 008.jpg

 
/* erase 4K */
void SPIFlashEraseSector(unsigned int addr)
{
    SPIFlashWriteEnable(1);  

    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x20);
    SPIFlashSendAddr(addr);
    SPIFlash_Set_CS(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();
}

为了保证擦除成功,需要读取状态寄存器1的的第1位:

static void SPIFlashWaitWhenBusy(void)
{
    while (SPIFlashReadStatusReg1() & 1);
}

然后是烧写函数,先发命令0x02,再发出24位地址,最后再逐个发送数据:
Chapter20 lesson4 009.jpg

/* program */
void SPIFlashProgram(unsigned int addr, unsigned char *buf, int len)
{
    int i;
    
    SPIFlashWriteEnable(1);  

    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x02);
    SPIFlashSendAddr(addr);

    for (i = 0; i < len; i++)
        SPISendByte(buf[i]);
    
    SPIFlash_Set_CS(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();
    
}

同前面的擦除操作一样,烧写操作也不是一定是实时的,需要读取状态标志位来判断是否完成。

读函数也是类似的操作,先发命令0x03,再发出24位地址,再逐个读取数据:
Chapter20 lesson4 0010.jpg

void SPIFlashRead(unsigned int addr, unsigned char *buf, int len)
{
    int i;
    
    SPIFlash_Set_CS(0);
    SPISendByte(0x03);
    SPIFlashSendAddr(addr);
    for (i = 0; i < len; i++)
        buf[i] = SPIRecvByte();

    SPIFlash_Set_CS(1);    
}

至此,基本的Flash读写功能已经完成,在主函数调用擦除函数擦除4096这个扇区的数据,再往4096这个地方写入字符串,再从该地址读取出来,在串口和OLED打印出来:

SPIFlashEraseSector(4096);
SPIFlashProgram(4096, "100ask", 7);
SPIFlashRead(4096, str, 7);
printf("SPI Flash read from 4096: %s\n\r", str);
OLEDPrint(4,0,str);

第005节_在OLED上显示ADC的值

这节我们在OLED显示ADC电压值,通过调节可调电阻,让ADC的值在屏幕上不断变化。

在JZ2440的主光盘的hardware里面有一个adc_ts触摸屏的程序,把里面的adc_ts.c和adc_ts.h提取出来放在本节视频待写的代码里面。

主函数调用的是Test_Adc.c进行测试adc,因此在里面加上打印和OLED显示函数。

/* 
 * 测试ADC
 * 通过A/D转换,测量可变电阻器的电压值
 */       
void Test_Adc(void)
{
    float vol0, vol1;
    int t0, t1;
    char buf[100];

    printf("Measuring the voltage of AIN0 and AIN1, press any key to exit\n\r");
    while (!awaitkey(0))    // 串口无输入,则不断测试
    {
        vol0 = ((float)ReadAdc(0)*3.3)/1024.0;  // 计算电压值
        vol1 = ((float)ReadAdc(1)*3.3)/1024.0;  // 计算电压值
        t0   = (vol0 - (int)vol0) * 1000;   // 计算小数部分, 本代码中的printf无法打印浮点数
        t1   = (vol1 - (int)vol1) * 1000;   // 计算小数部分,  本代码中的printf无法打印浮点数
        printf("AIN0 = %d.%-3dV    AIN1 = %d.%-3dV\r", (int)vol0, t0, (int)vol1, t1);

        sprintf(buf,"ADC: %d.%-3d, %d.%-3d", (int)vol0, t0, (int)vol1, t1);
        
        OLEDPrint(6, 0, buf);
    }
    printf("\n");
}

这里调用了一个awaitkey()函数,需要再复制adc_ts触摸屏的程序里serial.c的该函数到本工程里面。

/*
 * 接收字符,若有数据直接返回,否则等待规定的时间
 * 输入参数:
 *     timeout: 等待的最大循环次数,0表示不等待
 * 返回值: 
 *    0     : 无数据,超时退出
 *    其他值:串口接收到的数据
 */
unsigned char awaitkey(unsigned long timeout)
{
	while (!(UTRSTAT0 & RXD0READY))
    {
        if (timeout > 0)
            timeout--;
        else
            return 0;   // 超时,返回0
	}

    return URXH0;       // 返回接收到的串口数据
}

修改Makefile,加入adc_ts.o,编译,报错,涉及除法操作,需要加入数学库:

LDFLASG := -L $(shell dirname $(CC) $(CFLAGS) -print-libgcc-file-name) -lgcc

现在重新编译即可通过。

现在将IIC的的结果也在OLED上显示出来,在主函数添加如下代码:

    i2c_init();

    at24cxx_write(0, 0x55);
    data = at24cxx_read(0);

    OLEDClearPage(2);
    OLEDClearPage(3);
    
    if (data == 0x55)    
        OLEDPrint(2,0,"I2C OK!");
    else
        OLEDPrint(2,0,"I2C Err!");

先初始化iic,在0地址写入0x55,然后再读取出来,判断是否与写入的一样,一样则打印OK,否则打印Err。

为了防止OLED出现之前显示的数据残留,需要再写一个清除Page的函数:

void OLEDClearPage(int page)
{
    int i;
    OLEDSetPos(page, 0);
    for (i = 0; i < 128; i++)
        OLEDWriteDat(0);    
}

第006节_使用SPI控制器

前面我们都是通过GPIO管脚来实现的SPI通信,这节我们使用2440里面的GPIO控制器来实现SPI通信。

前面使用GPIO发送数据时,是手工的控制时钟线、数据线,我们使用SPI控制器的话,只需要 把数据写入寄存器,它就可以帮我自动那些时钟线和数据线,我们继续在上一节的基础上修改,添加一个文件s3c2440_spi.c和s3c2440_spi.h,同时修改Makefile,替换gpio_spi.c为s3c2440_spi.o。

从初始化函数开始,需要管脚初始化和SPI控制器初始化:

void SPIInit(void)
{
    /* 初始化引脚 */
    SPI_GPIO_Init();

    SPIControllerInit();
}

管脚初始化即需要把SPI相关的CLK、MOSI、MISO配置为对应的功能引脚:

static void SPI_GPIO_Init(void)
{
    /* GPF1 OLED_CSn output */
    GPFCON &= ~(3<<(1*2));
    GPFCON |= (1<<(1*2));
    GPFDAT |= (1<<1);

    /* GPG2 FLASH_CSn output
    * GPG4 OLED_DC   output
    * GPG5 SPIMISO   
    * GPG6 SPIMOSI   
    * GPG7 SPICLK     
    */
    GPGCON &= ~((3<<(2*2)) | (3<<(4*2)) | (3<<(5*2)) | (3<<(6*2)) | (3<<(7*2)));
    GPGCON |= ((1<<(2*2)) | (1<<(4*2)) | (3<<(5*2)) | (3<<(6*2)) | (3<<(7*2)));
    GPGDAT |= (1<<2);
}

然后是SPI控制器的初始化,控制器的初始化可以参考芯片手册介绍的编程步骤:
Chapter20 lesson6 001.jpg

首先是设置波特率,要根据外设所能接受的范围来设置,比如查阅OLED的芯片手册得知其时钟最小值为100ns,即最小为10MHz;Flash时钟支持最大104MHz,为了代码简单,就直接取10MHz,根据等式推出寄存器值:

Baud rate = PCLK / 2 / (Prescaler value + 1)
10 = 50 / 2 / (Prescaler value + 1)
Prescaler value = 1.5 = 2
 

实际的波特率为:50/2/3=8.3MHz

根据参考流程,接下来设置SPI控制寄存器:
Chapter20 lesson6 001.jpg

[6:5]设置为查询模式: 00 polling mode
[4]设置时钟使能: 1 = enable 
[3]设置为主机模式: 1 = master
[2]设置无数据时时钟为低电平: 0
[1]设置工作模式为模式A: 0 = format A
[0]设置发送数据时无需读取数据: 0 = normal mode
static void SPIControllerInit(void)
{
    /* OLED  : 100ns, 10MHz
    * FLASH : 104MHz
    * 取10MHz
    * 10 = 50 / 2 / (Prescaler value + 1)
    * Prescaler value = 1.5 = 2
    * Baud rate = 50/2/3=8.3MHz
    */
    SPPRE0 = 2;
    SPPRE1 = 2;

    /* [6:5] : 00, polling mode
    * [4]   : 1 = enable 
    * [3]   : 1 = master
    * [2]   : 0
    * [1]   : 0 = format A
    * [0]   : 0 = normal mode
    */
    SPCON0 = (1<<4) | (1<<3);
    SPCON1 = (1<<4) | (1<<3);
    
}

发送数据时,先检查状态寄存器,判断发送/接收数据是否准备好了,准备好后就把数据放在寄存器SPTDAT1里,SPI控制器就自己控制时序把数据自动发送出去了。

 
void SPISendByte(unsigned char val)
{
    while (!(SPSTA1 & 1));
    SPTDAT1 = val;    
}

接收数据时,先写0xFF到寄存器SPTDAT1,再检查状态寄存器,判断发送/接收数据是否准备好了,准备好后就读取寄存器SPTDAT1,读取出来的就是接收到的数据。

unsigned char SPIRecvByte(void)
{
    SPTDAT1 = 0xff;    
    while (!(SPSTA1 & 1));
    return SPRDAT1;    
}

第007节_移植到MINI2440_TQ2440

前面在JZ2440上操作了SPI Flash和OLED,这节视频是件前面的代码移植到MINI2440和TQ2440上,如果你使用的是JZ2440,本节视频就不用看了。

MINI2440和TQ2440上的SPI管脚是完全一样的,因此只需移植一个,两者就通用了,先移植GPIO模式版本的,复制前面 04th_spi_i2c_adc_jz2440_ok_020_005 里的代码,复制后的新的命名为 06th_spi_i2c_adc_mini2440_tq2440_gpio_020_007 。

修改 gpio_spi.c ,里面的管脚几乎都变化了,因此需要改 SPI_GPIO_Init() :

 
static void SPI_GPIO_Init(void)
{
    /* GPG1 OLED_CSn output 
    * GPG10 FLASH_CSn output
    */
    GPGCON &= ~((3<<(1*2)) | (3<<(10*2)));
    GPGCON |= (1<<(1*2)) | (1<<(10*2));
    GPGDAT |= (1<<1) | (1<<10);

    /* 
    * GPF3  OLED_DC   output
    * GPE11 SPIMISO   input
    * GPE12 SPIMOSI   output
    * GPE13 SPICLK    output
    */
    GPFCON &= ~(3<<(3*2));    
    GPFCON |= (1<<(3*2));    

    GPECON &= ~((3<<(11*2)) | (3<<(12*2)) | (3<<(13*2)));
    GPECON |= ((1<<(12*2)) | (1<<(13*2)));
}

CLK引脚也变了,修改如下:

 
static void SPI_Set_CLK(char val)
{
    if (val)
        GPEDAT |= (1<<13);
    else
        GPEDAT &= ~(1<<13);
}

SPI的MOSI和MISO也要变化如下:

   
static void SPI_Set_DO(char val)
{
    if (val)
        GPEDAT |= (1<<12);
    else
        GPEDAT &= ~(1<<12);
}

static char SPI_Get_DI(void)
{
    if (GPEDAT & (1<<11))
        return 1;
    else 
        return 0;
}

对于SPI Flash需要修改其片选引脚,修改 spi_flash.c 里面的片选函数如下:

 
static void SPIFlash_Set_CS(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<10);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<10);
}

重新编译烧写,测试正常。 再移植SPI控制器版本的,复制前面 05th_spi_i2c_adc_jz2440_spi_controller_020_006 里的代码,复制后的新的命名为 07th_spi_i2c_adc_mini2440_tq2440_spi_controller_020_007 。 同样的首先修改GPIO初始化,修改为配套引脚:

 
static void SPI_GPIO_Init(void)
{
    /* GPG1 OLED_CSn output 
    * GPG10 FLASH_CSn output
    */
    GPGCON &= ~((3<<(1*2)) | (3<<(10*2)));
    GPGCON |= (1<<(1*2)) | (1<<(10*2));
    GPGDAT |= (1<<1) | (1<<10);

    /* 
    * GPF3  OLED_DC   output
    * GPE11 SPIMISO   
    * GPE12 SPIMOSI   
    * GPE13 SPICLK    
    */
    GPFCON &= ~(3<<(3*2));    
    GPFCON |= (1<<(3*2));    

    GPECON &= ~((3<<(11*2)) | (3<<(12*2)) | (3<<(13*2)));
    GPECON |= ((2<<(11*2)) | (2<<(12*2)) | (2<<(13*2)));
}

SPI Flash使用的是SPI0,因此将 SPTDAT1 改为 *SPTDAT1* :

 
void SPISendByte(unsigned char val)
{
    while (!(SPSTA0 & 1));
    SPTDAT0 = val;    
}

unsigned char SPIRecvByte(void)
{
    SPTDAT0 = 0xff;    
    while (!(SPSTA0 & 1));
    return SPRDAT0;    
}

修改SPI Flash的片选引脚:

 
static void SPIFlash_Set_CS(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<10);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<10);
}

最后是OLED的片选和数据/命令控制引脚:

static void OLED_Set_DC(char val)
{
    if (val)
        GPFDAT |= (1<<3);
    else
        GPFDAT &= ~(1<<3);
}

static void OLED_Set_CS(char val)
{
    if (val)
        GPGDAT |= (1<<1);
    else
        GPGDAT &= ~(1<<1);
}

重新编译、烧写,测试。

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