正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇学习笔记-24.3,4 SPI驱动实验-I.MX6U SPI 寄存器

news2024/10/6 8:26:34

前言：

本文是根据哔哩哔哩网站上“正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇”视频的学习笔记，在这里会记录下正点原子 I.MX6ULL 开发板的配套视频教程所作的实验和学习笔记内容。本文大量引用了正点原子教学视频和链接中的内容。

引用：

正点原子IMX6U仓库 (GuangzhouXingyi) - Gitee.com

《【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5.2.pdf》

正点原子资料下载中心 — 正点原子资料下载中心 1.0.0 文档

SPI学习参考资料：

简述SPI通信协议-01_cpha选择为第一个边沿-CSDN博客

SPI中的CPHA,CPOL详解-CSDN博客

一文搞懂SPI通信协议_spi协议-CSDN博客

摩托罗拉《SPI Block Guide V03.06》手册

链接：https://pan.baidu.com/s/1_mvR5AD0-OBI2bYyx2i4Sw?pwd=f4bo
提取码：f4bo

正文：

本文是 “正点原子[第二期]Linux之ARM（MX6U）裸机篇--第24讲 SPI驱动。本节将参考正点原子的视频教程第24讲和配套的正点原子开发指南文档进行学习。

0. 概述

通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可以到达即使MHz。I.MX6U 也有4个SPI接口，可以通过这4个SPI接口来连接一些SPI外设。I.MX6U-ALHPA使用SPI3接口连接了一个6周传感器 ICM-20608，本章我们就来学习如何使用I.MX6U的SPI接口来驱动ICM-20608，读取ICM-20608的六轴数据。

1. I.MX6U 的SPI接口

I.MX6U 处理器的SPI接口在《I.MX6ULL参考手册》的第20章 "Chapter 20Enhanced Configurable SPI (ECSPI)"章节，

I.MX6U ECSPI 接口的硬件框图如下：

ECSPI有64个32位的TXFIFO 缓冲区
ECSPI有64个32位的RXFIFO 缓冲区
通过ECSPI 硬件接口的 FIFOx 缓冲区可以减少数据传输时的中断数量从而提高传输速率

I.MX6U ECSPI 硬件接口的特向如下：

全双工，同步，串行接口
主机/从机模式
4个CS（Chip Seclect）片选信号线来支持多个外部设备
持续传输模式允许任意长度的数据传输
Tx和Rx方向分别有32位的 64 条目的FOFO缓冲器
时钟极性（Polarity），时钟相位（Phase）和时钟频率可以配置
DMA支持
最大运行频率可以达到参考时钟频率

2. I.MX6U ECSPI 时钟

从I.MX6U的时钟树（Clock Tree）可以找到 ECSPI 接口的时钟来源于 PLL3_480MHz，并且经过一个固定值为8的分频，所以从时钟树CCM进入到到 ESPAI 接口的时钟频率为

ESAPI = PLL3_480Mhz/8 = 60MHz

在ECSAPI时钟树可以看到，ECSAPI的时钟源选择还需要配置一个多路选择器 CCM_CSCDR2 [ECSPI_CLK_SEL] 和一个分频器 CCM_CSCDR2[ECSPI_CLK_PODF] 。

这个CCM_CSCDR2 寄存器的结构如下图所示：

这里配置为1分频，时钟源选择为PLL3_60M

CCM_CSCDR2寄存器的 bit[24:19] 设置为0表示1分频，bit[18]=0 表示时钟源选择 PLL3_60M

3. I.MX6U ECSPI 寄存器

I.MX6U ECSPI 寄存器主要有如下这些寄存器。

本节实验中正点原子的示例教程里不使用SPI的DMA和中断，所以我们需要的寄存器有：

ECSPIx_RXDATA：Tx要发送数据
ECSPIx_TXDATA：Rx接收到的数据
ECSPIx_CONREG：控制寄存器
ECSPIx_CONFIGREG：控制寄存器
ECSSPIx_STATREG：状态寄存器

3.1 ECSPIx_RXDATA寄存器

ECSPIx_RXDATA 是32位的 Rx 接收数据寄存器，在读取Rx数据之前需要先检查 RR （Read Ready）标志位是否为1.

3.2 ECSPIx_TXDATA寄存器

ECSPIx_TXDATA 是32位的 Tx 发送数据寄存器，写到TxDATA寄存器的数据被存放到ECSPI的TX FIFO中，如果TXFIFO不满软件就可以向这个寄存器写值。

3.3 ECSPIx_CONREG 寄存器

ECSPI_CONREG 寄存器允许软件来使能/复位 ECSPI接口，设置时钟分频值，设置传输长度（Bust-Length）。我们需要使用的位如下：

EN bit[0]：为1使能ECSPI接口，为0去使能接口并对ECSPI进行复位。
HT bit[1]: 硬件翻转，手册说I.MX6ULL不支持该功能
XCH bit[2]：指示空闲或者Busy，本实验设置该位值为0。
SMC bit[3]：传输开始模式，值为1的时候需要SPI_RDY信号来控制传输开始，值为0时TXFIFO中写数据立即传输开始，本实验设置该位为0。
CHANNEL_MODE bit[7:4]：一个ECSPI接口支持4个通道（Channel），这里是选择4个通道的工作模式为主机模式（Master）还是从机模式（Slave），本实验使用 Channel 0，所以该位设置为0x1.
POST_DIVDER bit[11:8]：后级分频，值范围为0~15对应2的（0~15）次方分频。
PRE_DIVIDER bit[15:12]：前级分频，值范围为0~15对应1~16分频。
DRCTL bit[17:16]：本实验不使用
BUSRT_LENGTH bit[31:20]：每次突发传输长度，值范围为0~0XFFF，对应1到0x1000 bit 位，本实验设置每次突发传输长度为8位，所以设置值为7。

3.4 ECSPI_CONFIGREG寄存器

ECSPIx_CONFIGREG 寄存器允许软件来配置SPI通道的运行模式，串行时钟的极性（CPOL: Clock Polarity），串行时钟的相位（Clock Phase），数据发送波形模式（SPI Wave From）。本实验中用到的寄存器如下：

SCLK_PHA bit[3:0]：ECSPI接口支持4个通道(channel) ，通道0~3，配置通道0~3的 CPHA 时钟相位。
SCLK_POL bit[3:0]：ECSPI接口支持4个通道(channel) ，通道0~3，配置通道0~3的 CPOL时钟极性。
SS_CTL bit[11:8]：SPI Wave From 波形模式，配置SPI发送数据时 single bust 单突发模式，还是Multi bust 多突发模式，单突发模式每次发送数据之后等待用户再次写入数据，多突发模式会发送一个burst之后自动拉高拉低SS线并再次发送TXFIFO中的下一个数据知道TXFIFO为空。本实验选择多突发模式。
DATA_CTL(bit19:16)：设置 DATA 信号线空闲状态电平， DATA_CTL[3:0]分别对应通道3~0，为 0 的话 DATA 空闲状态为高电平，为 1 的话 DATA 空闲状态为低电平。
SCLK_CTL bit[23:20]：设置 SCLK 信号线空闲状态电平， SCLK_CTL[3:0]分别对应通道3~0，为 0 的话 SCLK 空闲状态为低电平，为 1 的话 SCLK 空闲状态为高电平

3.5 ECSPIx_STATREG

ECSPIx_STATREG 状态寄存器指示ECSPI接口的 TxFIFO和 RXFIFO的状态，本实验我们需要使用的是：

TC(bit7)：传输完成标志位，为 0 表示正在传输，为 1 表示传输完成。
RO(bit6)： RXFIFO 溢出标志位，为 0 表示 RXFIFO 无溢出，为 1 表示 RXFIFO 溢出。
RF(bit5)： RXFIFO 空标志位，为 0 表示 RXFIFO 不为空，为 1 表示 RXFIFO 为空。
RDR(bit4)： RXFIFO 数据请求标志位，此位为 0 表示 RXFIFO 里面的数据不大于
RX_THRESHOLD，此位为 1 的话表示 RXFIFO 里面的数据大于 RX_THRESHOLD。
RR(bit3)： RXFIFO 就绪标志位，为 0 的话 RXFIFO 没有数据，为 1 的话表示 RXFIFO 中至少有一个字的数据。
TF(bit2)： TXFIFO 满标志位，为 0 的话表示 TXFIFO 不为满，为 1 的话表示 TXFIFO 为满。
TDR(bit1)： TXFIFO 数据请求标志位，为 0 表示 TXFIFO 中的数据大于 TX_THRESHOLD，为 1 表示 TXFIFO 中的数据不大于 TX_THRESHOLD
TE(bit0)： TXFIFO 空标志位，为 0 表示 TXFIFO 中至少有一个字的数据，为 1 表示 TXFIFO为空。