基于ARM板s3c2440---SPI协议

SPI简介

SPI是串行外设接口（Serial Peripheral Interface）的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，如今越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。

简单的说，就是SPI是一种告诉的协议，相当于IIC，只是IIC是两根线（时钟线SCL，数据地址线SDA）而SPI是四根线（SCK时钟信号，DO输出线，DI输入线，CSn片选信号），同样可以挂在多个SPI高速设备。

数据传输

数据传输由CPOL，CPHA两个控制器决定，CPOL决定电平启示状态是低电平还是高电平，CPHA决定在第一个沿采样还是第二个沿采样

通过SPI协议实现对OLED屏幕的显示

OLED显示原理

屏幕分辨率是12864,如同LCD一样，我们需要一个显存来存放数据，这个显存在内存中开辟，一个字节八位，分别表示该列元素的亮（1）或者灭（0）

按168的大小在屏幕上显示，一行为一个page，在光标移动到底8列时，光标归为0，page+1，实现第二个page的写操作

通过GPIO模拟SPI的数据收发

原理图中使用到GPG3567和GPF1，所以需要设置S3C2440相应的管脚的输入输出模式，除开GPG5为输入模式，其余管脚都是输出模式。

static void SPI_GPIO_INIT(void)

{

    /*GPF1 OLED_CSn OUTPUT*/    /*主机是输出模式*/

    GPFCON &= ~(3<<2);

    GPFCON |= (1<<2);

    GPFDAT |= (1<<1);    /*因为接了OLED 和 FLASH  如果同时为0  会产生冲突*/

    /*GPG2 FLASH_CSn  OUTPUT*/

    /*GPG4 OLED_DC OUTPUT*/

    /*GPG5 SPIMISO INPUT*/    /*MI:MASTER INPUT*/

    /*GPG6 SPIMOSI OUTPUT*/

    /*GPG7 SPICLK OUTPUT*/

    GPGCON &= ~((3<<4)|(3<<8)|(3<<12)|(3<<14)|(3<<10));

    GPGCON |= ((1<<4)|(1<<8)|(1<<12)|(1<<14));

    GPGDAT |=(1<<2);    /*因为接了OLED 和 FLASH  如果同时为0  会产生冲突*/

                        /*CSn低电平有效*/

                        /*都不片选，使其在使用时裁片选*/

}

由于芯片上接入了FLASH和oled的片选信号，所以在GPIO的初始化时，需要将两个片选信号都拉高，避免默认状态冲突。

OLED初始化

void oledinit(void)

{

    /*向OLED发命令初始化*/

    /*SPEC UG手册提供的初始化命令*/

    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);

    OLEDPAGEADDRMODE();

    OLEDCLEAR();

    OLEDWriteCmd(0xAF); /*display ON*/

}

在OLED初始中实现对地址采用Page address mode

static void OLEDPAGEADDRMODE(void)

{

    OLEDWriteCmd(0x20);

    OLEDWriteCmd(0x02);

}

清屏幕

static void OLEDCLEAR(void)

{

    int page,col,i;

    for(page = 0; page <8;page++)

    {

        OLEDSETPOS(page,0);

        for(i=0;i<128;i++)

        {

            OLEDWriteDAT(0);

        }

    }

}

地址/数据模式

OLED_DC:高电平表示数据，低电平表示数据。

/*命令*/

static void OLEDWriteCmd(unsigned int cmd)

{

    OLED_SET_DC(0); /*COMMAND*/

    OLED_SET_CS(0); /*选中OLED*/

    SPISENDBYTE(cmd);

    OLED_SET_CS(1); /*取消选中OLED*/

    OLED_SET_DC(1); /*COMMAND*/

}

/*地址*/

static void OLEDWriteDAT(unsigned int dat)

{

    OLED_SET_DC(1); /*data*/

    OLED_SET_CS(0); /*选中OLED*/

    SPISENDBYTE(dat);

    OLED_SET_CS(1); /*取消选中OLED*/

    OLED_SET_DC(1); /*data*/

}

根据传入0/1设置相应的GPIO口输出高低电平

static void OLED_SET_DC(char val)

{

    if(val)

    {

        GPGDAT |= (1<<4);

    }

    else

    {

        GPGDAT &= ~(1<<4);

    }

}

片选信号

static void OLED_SET_CS(char val)

{

    if(val)

    {

        GPFDAT |= (1<<1);

    }

    else

    {

        GPFDAT &= ~(1<<1);

    }

}

数据传输

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;

    }

}

时钟设置

static void SPI_SET_CLK(char val)

{

    if(val)

    {

        GPGDAT |= (1<<7);

    }

    else

    {

        GPGDAT &= ~(1<<7);

    }

}

数据输出--------按位传递，熊高位到低位

static void SPI_SET_DO(char val)

{

    if(val)

    {

        GPGDAT |= (1<<6);

    }

    else

    {

        GPGDAT &= ~(1<<6);

    }

}

程序到这里已经实现了CPU的数据传出，接下来需要将数据收到，以及打印到OLED的相应位置

void oledprint(int page,int col,char *str)

{

    int i = 0;

    while(str[i])

    {

        OLEDPUTCHAR(page,col,str[i]);

        col += 8;

        if(col > 127)

        {

            page += 2;

            col = 0;

        }

        i++;

    }

}

一个字节占8列，16行（16*8）

void OLEDPUTCHAR(int page,int col,char c)

{

    int i=0;

    /*字摸*/

    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]);    /*原因是字符数组二维数组是16个为一组，前8个是上一排的，后8个是下一排*/

    }

}

static void OLEDSETPOS(int page, int col)

{

    OLEDWriteCmd(0xb0 + page);      /*page address*/

    OLEDWriteCmd(col & 0xf);        /*Set Lower Column Start Address for Page Addressing Mode*/

    OLEDWriteCmd(0x10 +(col>>4));   /*Set Higher Column Start Address for Page Addressing Mode*/

}

通过SPI协议实现对FLASH的操作

读厂家ID、设备ID

首先发送0x90，然后发出3个字节的0(是一个24位的数据，所以需要分割为3个字节来发送)，然后GPG5就有数据读入。

void SPIflashreadID(int *pMID,int *pDID)

{

    SPI_FLASH_set_cs(0);    /*选中SPIflash*/

    SPISENDBYTE(0X90);

    SPIFlashSendAddr(0);      /*当发完这些指令和地址是，GPGDAT5上就有数据传入*/

    *pMID = SPIRecvByte();

    *pDID = SPIRecvByte();

    SPI_FLASH_set_cs(1);    /*取消选中SPIflash*/

}

static void SPIFlashSendAddr(unsigned int addr)

{

    SPISENDBYTE(addr>>16);      /*地址由24位组成，先发高高8位*/

    SPISENDBYTE((addr>>8)&0xff);      /*地址由24位组成，再发高8位*/

    SPISENDBYTE(addr&0xff);      /*地址由24位组成，最后发低8位*/

}

static void SPI_FLASH_set_cs(char val)

{

    if(val)

    {

        GPGDAT |= (1<<2);       /*不选中*/

    }

    else

    {

        GPGDAT &= ~(1<<2);      /*选中*/

    }

}

/*主机传入*/

static char SPI_SET_DI(void)

{

    /*需要判定GPGDAT第5位是什么数据*/

    if(GPGDAT &(1<<5))

    {

        return 1;

    }

    else

    {

        return 0;

    }

}

unsigned char SPIRecvByte(void)

{

    int i;

    unsigned char val = 0;  /*用于存放本字节的东西*/

    for(i=0;i<8;i++)

    {

        val <<= 1;

        SPI_SET_CLK(0);

        if(SPI_SET_DI())

        {   

            val |= 1;       /*数据为1就或1，否则就是0，前面左移已经产生了，所以不用赋值*/

        }

        SPI_SET_CLK(1);

    }

    return val;

}

对FLASH进行读写

对FLASH的写操作，需先进进行写使能，取出状态寄存器的保护，然后擦除，然后写入

写使能：

写保护：

static void SPIFlashWriteEnable(int enable)

{

    if (enable)

    {

        SPI_FLASH_set_cs(0);

        SPISENDBYTE(0x06);

        SPI_FLASH_set_cs(1);

    }

    else

    {

        SPI_FLASH_set_cs(0);

        SPISENDBYTE(0x04);

        SPI_FLASH_set_cs(1);

    }

}

读状态寄存器

发送0x05命令，接下来就可以读数据了

static unsigned char SPIFlashReadStatusReg1(void)

{

    unsigned char val;

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x05);

    val = SPIRecvByte();

    SPI_FLASH_set_cs(1);

    return val;

}

static unsigned char SPIFlashReadStatusReg2(void)

{

    unsigned char val;

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x35);

    val = SPIRecvByte();

    SPI_FLASH_set_cs(1);

    return val;

}

写状态寄存器

static void SPIFlashWriteStatusReg(unsigned char reg1, unsigned char reg2)

{    

    SPIFlashWriteEnable(1);  

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x01);

    SPISENDBYTE(reg1);

    SPISENDBYTE(reg2);

    SPI_FLASH_set_cs(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();

}

根据状态寄存器1的第0位可以判定是写数据已经完成。1表示正在进行，0表示已经完成

static void SPIFlashWaitWhenBusy(void)

{

    while (SPIFlashReadStatusReg1() & 1);

}

去除对状态寄存器的保护

将SRP0,SRP1置0就能去除对状态寄存器的保护

static void SPIFlashClearProtectForStatusReg(void)

{

    unsigned char reg1, reg2;

    reg1 = SPIFlashReadStatusReg1();

    reg2 = SPIFlashReadStatusReg2();

    reg1 &= ~(1<<7);

    reg2 &= ~(1<<0);

    SPIFlashWriteStatusReg(reg1, reg2);

}

去除对数据域的保护

将BP2,BP1,BP0三位清0就可以去除保护

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);

}

擦除

擦除4k大小的区域

void SPIFlashEraseSector(unsigned int addr)

{

    SPIFlashWriteEnable(1);  

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x20);

    SPIFlashSendAddr(addr);

    SPI_FLASH_set_cs(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();

}

烧写

/* program */

void SPIFlashProgram(unsigned int addr, unsigned char *buf, int len)

{

    int i;

    SPIFlashWriteEnable(1);  

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x02);

    SPIFlashSendAddr(addr);

    for (i = 0; i < len; i++)

        SPISENDBYTE(buf[i]);

    SPI_FLASH_set_cs(1);

    SPIFlashWaitWhenBusy();

}

读数据

void SPIFlashRead(unsigned int addr, unsigned char *buf, int len)

{

    int i;

    SPI_FLASH_set_cs(0);

    SPISENDBYTE(0x03);

    SPIFlashSendAddr(addr);

    for (i = 0; i < len; i++)

        buf[i] = SPIRecvByte();

    SPI_FLASH_set_cs(1);    

}

使用SPI控制器取代GPIO模拟

同样是使用相同的管家，只是不再手动操作相应的GPIO管脚，实现0/1的输出，而是操作SPI控制器，让控制器自动进行相应的数据收发。

SPI控制器初始化

将GPGCON中的456位设置为SPI模式，其余不变

static void SPI_GPIO_Init(void)

{

    /*GPF1 OLED_CSn OUTPUT*/    /*主机是输出模式*/

    GPFCON &= ~(3<<(1*2));

    GPFCON |= (1<<(1*2));

    GPFDAT |= (1<<1);       /*因为接了OLED 和 FLASH  如果同时为0  会产生冲突*/

    /*GPG2 FLASH_CSn  OUTPUT*/

    /*GPG4 OLED_DC OUTPUT*/

    /*GPG5 SPIMISO INPUT*/    /*MI:MASTER INPUT*/

    /*GPG6 SPIMOSI OUTPUT*/     /*这里所有的输入输出都是站在主机CPU的角度谈的*/

    /*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)) | (3<<(5*2)) | (3<<(6*2)) | (3<<(7*2)));

    GPGDAT |= (1<<2);       /*因为接了OLED 和 FLASH  如果同时为0  会产生冲突*/

                            /*CSn低电平有效*/

                            /*都不片选，使其在使用时裁片选*/

}

SPI控制器初始化，设置相应的时钟，因为是自动传输，所以时钟（也就是波特率）需要预先设置。

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);

}

收发数据只需要将数据写给SPSTA1寄存器就可以

由于使用的是SPIMISO1，所以使用的是第二控制器

void SPISENDBYTE(unsigned char val)

{

    while (!(SPSTA1 & 1));

    SPTDAT1 = val;    

}

//判定SPSTA1第一位十位准备就绪，然后写数据

unsigned char SPIRecvByte(void)

{

    SPTDAT1 = 0xff;    

    while (!(SPSTA1 & 1));

    return SPRDAT1;    

}

首先将0xff写入SPTDAT1 ，然后判定SPSTA1第一位十位准备就绪，然后读数据

特别注意：这里的数据寄存器（SPRDATn）是单字符寄存器，所以在地址声明时需要定义为单字节。