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nrf51822裸机教程-SPI(主)

分类： 嵌入式

2016-07-21 14:13:14

原文地址：nrf51822裸机教程-SPI(主) 作者：ifndef

关于SPI总线的介绍这里就不细说了，网上有很多介绍SPI总线时序的。

 

SPI总线的本质就是一个环形总线结构，在时钟驱动下两个双向移位寄存器进行数据交换。

所以SPI总线的特色就是：传输一字节数据的同时也会接收到一字节数据。支持SPI操作的芯片通常都会有一个CS引脚作为片选信号，所以总线上可以挂多个支持SPI操作的芯片，每次想对哪个操作就直接使能那个芯片就可以了。

 

对比于IIC总线，IIC总是在一个时钟周期内传输一个bit， IIC总线总是在每个时钟周期的高电平部分采样数据。

而SPI的特点是在时钟周期的跳变沿时采样数据或传输数据。一个时钟周期有两个跳变沿，一个上升沿一个下降沿。于是SPI总线的传输的特性就是在一个时钟周期的上升沿发送自己的一个bit数据，同时在该时钟周期的下降沿接收对端设备发送过来的一bit数据。或者是上升沿接收数据，下降沿发送数据。这都是可以设置的。

 

所以使用SPI总线时，当你要传输一个数据时总是同时会收到对端发来的一个数据，但是你没想要这个数据啊，很简单直接忽略就行了。

同理当你想读取对端的一个数据时，也随便发一个数据过去就行了。

 

51822发送数据是通过将数据写入TXD寄存器，因为每发送一个数据的同时会收到一个数据，该数据会放在RXD寄存器中以供读取使用。每当发送和接收到一个字节后，就会产生READY事件，以方便告知我们传输完成。所以SPI基本的一个字节的传输和接收操作通过如下函数实现

 

//SPI传输的基本函数，该函数传输一个字节给对方同时取得对方发送过来的字//节

uint8_t spi_transfer(uint8_t data){

    uint8_t ret;

    NRF_SPI0->TXD = data;

    while ( NRF_SPI0->EVENTS_READY == 0 ); //等待传输结束

    NRF_SPI0->EVENTS_READY = 0;

    ret = NRF_SPI0->RXD;

    return ret;

}

 

 

下面介绍对flash GD25Q128B进行数据的写入和读取操作。

上面提到过，SPI总线可以设置在一个 上升沿接收数据，下降沿发送数据，或者相反。  那么我们就需要看一下这个板子上的这个flash芯片对这个有没有要求，如果没要求我们就可以随便设置。查看GD25Q128B手册知道该芯片要求每个字节的最高bit先传输，同时要求在时钟的上升沿会获取总线上的数据。这里是针对这个flash芯片来说的，那么对于51822，就需要在上升沿把数据发送出去。


查看51822手册的SPI部分，找到CONFIG寄存器，根据上图的要求，则需要设置第一bit位0， 关于时钟极性(总线空闲时是保持低电平还是高电平)flash手册中没要求所以可以随便设置，所以我们只要满足flash芯片可以在时钟周期的上升沿能收到数据就行了。也就是51822在上升沿将数据发送出去。

 

所以 如果设置 CPOL为0，即空闲时保持高电平，那么当开始工作时，每个时钟的第一个沿就是下降沿，第二个沿是上升沿。根据下图说明这时候我们就要设置CPHA为0，即让51822在时钟周期第二个沿 将数据发送出去。

同理，如果CPOL位1，那么开始工作时第一个沿就是上升沿，第二个沿就是下降沿，于是就要设置51822在第一个沿将数据发送出去也就是设置CPHA为1.

   

//flash芯片要求在MSB先传输，并且在第一个上升沿采样。所以设置下。

//CPOL和CPHA都设置成1也是可以的,这里都设置成0了。

    NRF_SPI0->CONFIG = (0<<0)   //MSB first

                     | (0<< 1)

                     | (0 << 2)

 

基本传输要求满足了后，现在需要操作flash的读写，那么就需要看flash手册。了解关于读写命令的要求和命令码。查看手册说明，我们需要用到的命令有如下几个读/写命令。Flash操作都是以页为单位写(该芯片一页256字节)，并且写之前需要先擦除，所以还需要用到sector erase(以4K为单位擦除)命令来擦数， block erase擦除的单位更大，这里用sector erase就行了。

读操作直接就可以完成，但是写操作发送后flash内被还需要时间去执行，以将数据写入flash中。所以我们还需要获取flash的执行状态，即当前是否在忙。所以还需要用到 读状态命令

另外，GD25Q128B这个flash芯片每次发送 页写或者 擦除命令之前需要先发送 Write Enable命令。


下面针对几个用到的命令看下 flash的手册说明

 

先看下读状态寄存器 命令，这里我们只需要读取状态寄存器的前7位就行了。然后判断  第0位的WIP是否为1，为1则表示flash芯片正在忙(正在写数据到flash中或者正在擦除)，否则为不忙，则可以执行 写或擦除命令。


所以读状态寄存器命令我们用0x05就行了，因为我们只需要看第0位指示的flash芯片是否在忙，所以我们只要用0x05命令读取s0-s7位就行了。



通过读取状态寄存器，然后判断第0位，我们就可以知道设备是否在忙。

因为 基本的SPI传输和接收一个字节的函数我们已经实现了。所以等待设备不忙函数实现如下：

uint8_t flash_status_read(void){

    uint8_t ret;

   

    enable_cs_pin();

    spi_transfer(READ_STATUS);//发命令

    ret = spi_transfer(0xff);//读取状态寄存器的s0-s7， 写数据随便填的。

    disable_cs_pin();

   

    return ret;

}

 

#define WAIT_COUNT   (200000UL)

 

uint8_t wait_flash_ready(void){

    uint8_t ret;

    uint32_t i ;

    for(i= 0; i

       ret = flash_status_read();

       if( (ret&0x01) == 0) break;

    }

    if ( i == WAIT_COUNT ) return FAIL;

    return SUCCESS;

}

 

 

再看下write enable命令，由下图可知该命令只需要 使能片选信号cs（拉低）后，发送一个 0x06命令码就可以了。之后才可以执行 页写和擦除命令

有了前面的基本spi的 写入和读取 一个字节的基本函数后，我们就可以实现如下的write enable函数

uint8_t flash_write_enable(void){

    //需要等待设备不忙

    if(wait_flash_ready() != SUCCESS ) return FAIL;

 

    enable_cs_pin();  //命令发送前需要先 使能片选信号

    spi_transfer(WRITE_ENABLE_CMD);

    disable_cs_pin();

    // 等待设备不忙，即该命令再flash芯片内部执行好了，然后才能去执行

    // 写/擦除命令

    if(wait_flash_ready() != SUCCESS ) return FAIL;

 

    return SUCCESS;

}



再看下读命令：

由下图可知 通过写命令码0x03 + 3字节的地址，然后就可以获取指定地址的数据了。获得得的数据量由自己定义。该flash芯片每次发送一字节数据后，内部会对读取地址自动加一，所以我们只要一直随便发一个数据给该flash芯片，flash芯片就会一直回复数据，并自动对读取地址加1.

同样由基本 传输/接收函数实现 读取函数如下：

 

uint8_t flash_read(uint32_t addr, uint8_t *buff, uint32_t len){

    uint8_t ret;

    uint8_t i;

   

    if( NULL == buff ) return FAIL;

   

    wait_flash_ready();  //等待设备当前是不忙的

    enable_cs_pin();

    spi_transfer(READ_CMD);     //先传命令

    spi_transfer( (addr>>16)&0xff );//依次传输3字节地址，高字节先发送

    spi_transfer( (addr>>8)&0xff );

    spi_transfer( addr&0xff);

    //开始获取读到的数据

    for( i = 0; i < len; i++){

ret = spi_transfer(0xff);   //这里主要是读数据，所以随便传输一//个数据给对方

       buff[i] = ret;

    }

    disable_cs_pin();

   

    return SUCCESS;

}



页写命令：该命令执行前需要先执行了 write enable命令。

由下面可知 通过写 命令码0x02+3字节地址+要写的数据，数据量应该小于等于256字节。不然只有最后的256字节才会被写入。

函数实现如下：

//板子上的flash芯片一页是256字节，如果写超过256字节，只有最后的256字节能被写到flash中

uint8_t flash_page_write(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len){

    uint8_t ret;

    uint8_t i;

    ret = flash_write_enable();     //先执行write enable

    if(ret!= SUCCESS) return ret;

   

    enable_cs_pin();

    spi_transfer(PAGE_PROGRAM);     //先传命令

    spi_transfer( (addr>>16)&0xff );   //依次传输3字节地址，高字节先发送

    spi_transfer( (addr>>8)&0xff );

    spi_transfer( addr&0xff);

    //开始传数据给flsh芯片

    for( i = 0; i < len; i++){

       spi_transfer(data[i]);   //这里主要是写数据，所以忽略返回值。

    }

    disable_cs_pin();

   

    return SUCCESS;

   

}


最后看一下 擦除命令：该命令执行前需要先执行 write enable命令。

 

由下图可知通过写命令码0x20+3字节地址就可以了。

所以实现 擦除函数如下:

uint8_t flash_sector_erase(uint32_t addr){

    uint8_t ret;

    ret = flash_write_enable();     //先写 write enable命令

    if ( ret != SUCCESS ) return ret;

   

    enable_cs_pin();

    spi_transfer(SECTOR_ERASE);     //先传命令

    spi_transfer( (addr>>16)&0xff );//依次传输3字节地址，高字节先发送

    spi_transfer( (addr>>8)&0xff );

    spi_transfer( addr&0xff);

    disable_cs_pin();

   

    return SUCCESS;

   

}


各个功能函数都有了就可以操作flash了。

 

下面将各个功能函数和 测试的main函数都贴出来。

为了可以通过打印来验证flash操作的正确性，可以直接用sdk下面的 uart的ble demo。虽然该demo是跑ble的。但是我们直接将main函数换掉就行了。用该例子的原因就是为了方便初学者可以使用Printf函数来打印信息验证flash操作的正确性。

直接打开sdk中的ble_app_uart例子，然后将下列代码复制到 main函数的上面，然后将Main函数替换成 最下面提供的那个main函数就行了。


点击(此处)折叠或打开

  1. #define PIN_CS                28
  2. #define PIN_MISO            29
  3. #define PIN_MOSI            24
  4. #define PIN_CLK                25


  7. #define WRITE_ENABLE_CMD    0x06
  8. #define READ_CMD            0x03
  9. #define PAGE_PROGRAM        0x02
  10. #define SECTOR_ERASE        0x20
  11. #define READ_STATUS            0x05 //我们读状态寄存器只是为了判断flash当前是不是正在忙，所以只需判断s0位，所以用0x05命令读出s0-s7就可以了

  13. #define SUCCESS                0x01
  14. #define FAIL                0x00
  15. void init_spi_master(void){
  16.     
  17.     //按手册要求设置
  18.     nrf_gpio_cfg_input(PIN_MISO, NRF_GPIO_PIN_NOPULL);
  19.     nrf_gpio_cfg_output(PIN_MOSI);
  20.     nrf_gpio_cfg_output(PIN_CLK);    
  21.     nrf_gpio_cfg_output(PIN_CS);
  22.     nrf_gpio_pin_set(PIN_CS);
  23.     
  24.     
  25.     //flash芯片要求在MSB先传输，并且在第一个上升沿采样。所以设置下。 CPOL和CPHA都设置成1也是可以的,这里都设置成0了。
  26.     NRF_SPI0->CONFIG = (0<<0)    //MSB first
  27.                         | (0<< 1)
  28.                         | (0 << 2);
  29.     NRF_SPI0->FREQUENCY = 0x10000000;
  30.     NRF_SPI0->PSELSCK = PIN_CLK;
  31.     NRF_SPI0->PSELMOSI = PIN_MOSI;
  32.     NRF_SPI0->PSELMISO = PIN_MISO;
  33.     
  34.     NRF_SPI0->ENABLE = 1;
  35.     
  36. }

  38. //SPI传输的基本函数，该函数传输一个字节给对方同时取得对方发送过来的字节
  39. uint8_t spi_transfer(uint8_t data){
  40.     uint8_t ret;
  41.     NRF_SPI0->TXD = data;
  42.     while ( NRF_SPI0->EVENTS_READY == 0 );    //等待传输结束
  43.     NRF_SPI0->EVENTS_READY = 0;

  45.     ret = NRF_SPI0->RXD;
  46.     
  47.     return ret;
  48. }
  49. void enable_cs_pin(void){
  50.     nrf_gpio_pin_clear(PIN_CS);
  51. }

  53. void disable_cs_pin(void){
  54.     nrf_gpio_pin_set(PIN_CS);
  55. }

  57. uint8_t flash_status_read(void){
  58.     uint8_t ret;
  59.     
  60.     enable_cs_pin();
  61.     spi_transfer(READ_STATUS);//发命令
  62.     ret = spi_transfer(0xff);//读取状态寄存器的s0-s7， 写数据随便填的。
  63.     disable_cs_pin();
  64.     
  65.     return ret;
  66. }

  68. #define WAIT_COUNT    (200000UL)

  70. uint8_t wait_flash_ready(void){
  71.     uint8_t ret;
  72.     uint32_t i ;
  73.     for(i= 0; i<WAIT_COUNT; i++ ){
  74.         ret = flash_status_read();
  75.         if( (ret&0x01) == 0) break;
  76.     }
  77.     if ( i == WAIT_COUNT ) return FAIL;
  78.     
  79.     return SUCCESS;
  80.     
  81. }

  83. uint8_t flash_write_enable(void){
  84.     
  85.     if(wait_flash_ready() != SUCCESS ) return FAIL;

  87.     enable_cs_pin();
  88.     spi_transfer(WRITE_ENABLE_CMD);
  89.     disable_cs_pin();
  90.     if(wait_flash_ready() != SUCCESS ) return FAIL;

  92.     return SUCCESS;
  93. }

  95. uint8_t flash_read(uint32_t addr, uint8_t *buff, uint32_t len){
  96.     uint8_t ret;
  97.     uint8_t i;
  98.     
  99.     if( NULL == buff ) return FAIL;
  100.     
  101.     wait_flash_ready();
  102.     enable_cs_pin();
  103.     spi_transfer(READ_CMD);        //先传命令
  104.     spi_transfer( (addr>>16)&0xff );    //依次传输3字节地址，高字节先发送
  105.     spi_transfer( (addr>>8)&0xff );
  106.     spi_transfer( addr&0xff);
  107.     //开始获取读到的数据
  108.     for( i = 0; i < len; i++){
  109.         ret = spi_transfer(0xff);    //这里主要是读数据，所以随便传输一个数据给对方
  110.         buff[i] = ret;
  111.     }
  112.     disable_cs_pin();    
  113.     
  114.     return SUCCESS;
  115. }

  117. //板子上的flash芯片一页是256字节，如果写超过256字节，只有最后的256字节能被写到flash中
  118. uint8_t flash_page_write(uint32_t addr, uint8_t *data, uint32_t len){
  119.     uint8_t ret;
  120.     uint8_t i;
  121.     ret = flash_write_enable();
  122.     if( SUCCESS) return ret;
  123.     
  124.     enable_cs_pin();
  125.     spi_transfer(PAGE_PROGRAM);        //先传命令
  126.     spi_transfer( (addr>>16)&0xff );    //依次传输3字节地址，高字节先发送
  127.     spi_transfer( (addr>>8)&0xff );
  128.     spi_transfer( addr&0xff);
  129.     //开始传数据给flsh芯片
  130.     for( i = 0; i < len; i++){
  131.         spi_transfer(data[i]);    //这里主要是写数据，所以忽略返回值。
  132.     }
  133.     disable_cs_pin();    
  134.     
  135.     return SUCCESS;
  136.     
  137. }
  138. uint8_t flash_sector_erase(uint32_t addr){
  139.     uint8_t ret;
  140.     ret = flash_write_enable();
  141.     if ( ret != SUCCESS ) return ret;
  142.     
  143.     enable_cs_pin();
  144.     spi_transfer(SECTOR_ERASE);        //先传命令
  145.     spi_transfer( (addr>>16)&0xff );    //依次传输3字节地址，高字节先发送
  146.     spi_transfer( (addr>>8)&0xff );
  147.     spi_transfer( addr&0xff);
  148.     disable_cs_pin();
  149.     
  150.     return SUCCESS;
  151.     
  152. }




  157. /**@brief Application main function.
  158.  */
  159. uint8_t *data;
  160. int main(void)
  161. {

  163.     uint32_t err_code;
  164.     bool erase_bonds;
  165.     uint8_t start_string[] = START_STRING;
  166.     uint8_t buff[200];
  167.     uint8_t ret;
  168.     
  169.     uart_init();
  170.     printf("start\r\n");
  171.     
  172.     init_spi_master();
  173.     //先读出200字节
  174.     ret = flash_read(0, buff, 200);
  175.     if(ret!=SUCCESS)printf("read error\r\n");
  176.     printf("原始数据\r\n");
  177.     for(uint8_t i = 0; i < 200; i++){
  178.         printf("%d ",buff[i]);
  179.     }
  180.     printf("\r\n");
  181.     
  182.     //擦除第0个sector,并再读取下，
  183.     ret = flash_sector_erase(0x0);
  184.     if ( ret!=SUCCESS ) printf("erase error\r\n");
  185.     ret = flash_read(0, buff, 200);
  186.     printf("擦除后数据\r\n");
  187.     if(ret!=SUCCESS)printf("read error\r\n");
  188.     for(uint8_t i = 0; i < 200; i++){
  189.         printf("%d ",buff[i]);
  190.     }
  191.     printf("\r\n");    
  192.     
  193.     for(uint8_t i = 0; i < 200; i++){
  194.         buff[i] = i;
  195.     }
  196.     //现在已经擦除过了，写数据进去
  197.     ret = flash_page_write(0, buff, 200);
  198.     if ( ret!=SUCCESS ) printf("write error\r\n");
  199.     
  200.     //再读数据看对不对
  201.     ret = flash_read(0, buff, 200);
  202.     printf("写后数据：\r\n");
  203.     if(ret!=SUCCESS)printf("read error\r\n");
  204.     for(uint8_t i = 0; i < 200; i++){
  205.         printf("%d ",buff[i]);
  206.     }
  207.     printf("\r\n");    
  208.     
  209.     while(1);    
  210.  
  211. }



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