用GPIO模擬SPI協(xié)議的實(shí)現(xiàn)

一SPI協(xié)議概括SPI，是英語(yǔ)SerialPeripheralinterface的縮寫(xiě)，顧名思義就是串行外圍設(shè)備接口。是Motorola首先在其MC68HCXX系列處理器上定義的。SPI接口主要應(yīng)用在EEPROM,FLASH，實(shí)時(shí)時(shí)鐘，AD轉(zhuǎn)換器，還有數(shù)字信號(hào)處理器和數(shù)字信號(hào)解碼器之間。SPI，是一種高速的，全雙工，同步的通信總線，并且在芯片的管腳上只占用四根線，節(jié)約了芯片的管腳，同時(shí)為PCB的布局上節(jié)省空間，提供方便，正是出于這種簡(jiǎn)單易用的特性，現(xiàn)在越來(lái)越多的芯片集成了這種通信協(xié)議，比如AT91RM9200.SPI的通信原理很簡(jiǎn)單，它以主從方式工作，這種模式通常有一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備，需要至少4根線，事實(shí)上3根也可以（單向傳輸時(shí)）。也是所有基于SPI的設(shè)備共有的，它們是SDI（數(shù)據(jù)輸入），SDO（數(shù)據(jù)輸出），SCK（時(shí)鐘），CS（片選）。（1）SDO -主設(shè)備數(shù)據(jù)輸出，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸入（2）SDI -主設(shè)備數(shù)據(jù)輸入，從設(shè)備數(shù)據(jù)輸出（3）SCLK -時(shí)鐘信號(hào)，由主設(shè)備產(chǎn)生（4）CS -從設(shè)備使能信號(hào)，由主設(shè)備控制其中CS是控制芯片是否被選中的，也就是說(shuō)只有片選信號(hào)為預(yù)先規(guī)定的使能信號(hào)時(shí)（高電位或低電位），對(duì)此芯片的操作才有效。這就允許在同一總線上連接多個(gè)SPI設(shè)備成為可能。接下來(lái)就負(fù)責(zé)通訊的3根線了。通訊是通過(guò)數(shù)據(jù)交換完成的，這里先要知道SPI是串行通訊協(xié)議，也就是說(shuō)數(shù)據(jù)是一位一位的傳輸?shù)摹＿@就是SCK時(shí)鐘線存在的原因，由SCK提供時(shí)鐘脈沖，SDI，SDO則基于此脈沖完成數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)輸出通過(guò)SDO線，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘上升沿或下降沿時(shí)改變，在緊接著的下降沿或上升沿被讀取。完成一位數(shù)據(jù)傳輸，輸入也使用同樣原理。這樣，在至少8次時(shí)鐘信號(hào)的改變（上沿和下沿為一次），就可以完成8位數(shù)據(jù)的傳輸。要注意的是，SCK信號(hào)線只由主設(shè)備控制,從設(shè)備不能控制信號(hào)線。同樣，在一個(gè)基于SPI的設(shè)備中，至少有一個(gè)主控設(shè)備。這樣傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：這樣的傳輸方式有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，與普通的串行通訊不同，普通的串行通訊一次連續(xù)傳送至少8位數(shù)據(jù)，而SPI允許數(shù)據(jù)一位一位的傳送，甚至允許暫停，因?yàn)镾CK時(shí)鐘線由主控設(shè)備控制，當(dāng)沒(méi)有時(shí)鐘跳變時(shí)，從設(shè)備不采集或傳送數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，主設(shè)備通過(guò)對(duì)SCK時(shí)鐘線的控制可以完成對(duì)通訊的控制。SPI還是一個(gè)數(shù)據(jù)交換協(xié)議：因?yàn)镾PI的數(shù)據(jù)輸入和輸出線獨(dú)立，所以允許同時(shí)完成數(shù)據(jù)的輸入和輸出。不同的SPI設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式不盡相同，主要是數(shù)據(jù)改變和采集的時(shí)間不同，在時(shí)鐘信號(hào)上沿或下沿采集有不同定義，具體請(qǐng)參考相關(guān)器件的文檔。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信中，SPI接口不需要進(jìn)行尋址操作，且為全雙工通信，顯得簡(jiǎn)單高效。在多個(gè)從設(shè)備的系統(tǒng)中，每個(gè)從設(shè)備需要獨(dú)立的使能信號(hào)，硬件上比I2C系統(tǒng)要稍微復(fù)雜一些。最后，SPI接口的一個(gè)缺點(diǎn)：沒(méi)有指定的流控制，沒(méi)有應(yīng)答機(jī)制確認(rèn)是否接收到數(shù)據(jù)。AT91RM9200的SPI接口主要由4個(gè)引腳構(gòu)成：SPICLK、MOSI、MISO及/SS,其中SPICLK是整個(gè)SPI總線的公用時(shí)鐘，MOSI、MISO作為主機(jī)，從機(jī)的輸入輸出的標(biāo)志，MOSI是主機(jī)的輸出，從機(jī)的輸入，MISO是主機(jī)的輸入，從機(jī)的輸出。/SS是從機(jī)的標(biāo)志管腳，在互相通信的兩個(gè)SPI總線的器件，/SS管腳的電平低的是從機(jī)，相反/SS管腳的電平高的是主機(jī)。在一個(gè)SPI通信系統(tǒng)中，必須有主機(jī)。SPI總線可以配置成單主單從，單主多從，互為主從。SPI的片選可以擴(kuò)充選擇16個(gè)外設(shè)，這時(shí)PCS輸出二NPCS,說(shuō)NPCS0~3接4-16譯碼器,這個(gè)譯碼器是需要外接4-16譯碼器，譯碼器的輸入為NPCS0~3，輸出用于16個(gè)外設(shè)的選擇。詳細(xì)的SPI規(guī)范可參考SPI協(xié)議。二GPIO模擬SPI的實(shí)現(xiàn)下面將結(jié)合本人項(xiàng)目中的經(jīng)驗(yàn)來(lái)詳細(xì)描述如何用GPIO來(lái)模擬SPI協(xié)議項(xiàng)目中要求實(shí)現(xiàn)一塊LCD為ssd1815br1的驅(qū)動(dòng)，它與BB的通信使用SPI協(xié)議，由于BB上SPI總線已使用完，因此考慮使用GPIO來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)。GPIO對(duì)應(yīng)SPI引腳的關(guān)系如下：SDO-GPIO0(BB到LCD的數(shù)據(jù)線)SDI -無(wú)，因?yàn)闀簳r(shí)不需要BB接收來(lái)自LCD的數(shù)據(jù)SCLK-GPIO1CS -接地，使LCD一直處于使能狀態(tài)。接下來(lái)就是要實(shí)現(xiàn)SPI的協(xié)議了，SPI有4種傳輸模式:

SCX同期ISCKMi^]7XX乂X同I卿W'91-1-6MJW7XXXMISOscKjwm4FX2：：："XXZ二XU二XXrsn~yX[si<XySCX同期ISCKMi^]7XX乂X同I卿W'91-1-6MJW7XXXMISOscKjwm4FX2：：："XXZ二XU二XXrsn~yX[si<Xy?3CPHA=O時(shí)SPI總線數(shù)渥傳輸時(shí)序圖4CPHA=1時(shí)SPI總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)序SCKtCPOLnSCKMPUI2SCKMiKJ]8SCK(CPCM0?SUKtCiJ(}t.DfMOSISCK<CP()l1}MINO—([MSE1開(kāi)發(fā)者可根據(jù)具體設(shè)備使用的是哪種模式來(lái)實(shí)現(xiàn)之，我們項(xiàng)目種的這塊LCD的模式為CPOL=1,CPHA=1.具體實(shí)現(xiàn)如下：#defineSPI_DATAGPIO0#defineSPI_CLKGPIO1voidspi_write(chardata){int8i=7;uint8mask[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};for(;i>=0;i--){gpio_out(SPI_CLK,GPIO_LOW_VALUE);gpio_out(SPI_DATA,((data&mask[i])>>i));spi_delay(10);gpio_out(SPI_CLK,GPIO_HIGH_VALUE);spi_delay(10);}}實(shí)際上模擬SPI是很簡(jiǎn)單的事情，只要對(duì)照SPI傳輸模式的時(shí)序圖來(lái)模擬就行了。需要注意的是一定要有個(gè)等待時(shí)間，以使數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)線上穩(wěn)定下來(lái)，并使設(shè)備端有時(shí)間取數(shù)據(jù)。剛開(kāi)始調(diào)試的時(shí)候可以適當(dāng)把等待時(shí)間延長(zhǎng)一點(diǎn)，當(dāng)調(diào)通了SPI后在降下等待時(shí)間。我寫(xiě)的等待