3 SPI接口应用示例

这里将介绍一种通过SPI通信的Flash，该芯片是M24PXX，如图5所示为该芯片的原理图，每根接线的意义已经清楚地标识出来了。

图5 M25PXX原理图

这一款芯片内部集成了12条指令，包括了通用的读、写、配置等命令，还有一个内置的状态寄存器，可以通过该寄存器获取芯片当前状态。

如表7所示为M5DPXX芯片指令集。

表7 M25PXX芯片指令集

Instrucion	Description	One-byle Instruction Code	Address Bytes	Dummy Bytes	Date Bytes
WREN	写使能	0000 0110	06h	0	0	0
WRDI	写禁止	0000 0100	04h	0	0	0
RDID	读取ID	1001 1111	9Fh	0	0	1 to 3
RDSR	读状态寄存器	0000 0101	05h	0	0	1 to ∞
WRSR	写状态寄存器	0000 0001	01h	0	0	1
READ	字节数据读取	0000 0011	03h	3	0	1 to ∞
FAST_READ	高速的字节读取	0000 1011	0Bh	3	1	1 to ∞
PP	页编程	0000 0010	02h	3	0	1 to 256
SE	扇区擦除	1101 1000	D8h	3	0	0
BE	块擦除	1100 0111	C7h	0	0	0
DP	深度擦除	1011 1001	B9h	0	0	0
RES	从睡眠模式唤醒以及读出电特性	1010 1011	ABh	0	3	1 to ∞
唤醒	0	0	0

有了上文的知识做铺垫，现在我们先来看一下SPI控制器的基本编程模型：

（1）设置时钟源并配置分频值等参数。

（2）软复位后，并设置SPI配置寄存器（SPI CONFIGURATION REGISTER）。

（3）设置模式寄存器。

（4）设置从机选择寄存器。

（5）收发数据。

根据以上信息，这里分成若干模块来逐一实现。

1．相关寄存器结构体定义及宏定义。

/*SPI总线控制器寄存器定义*/
        typedef struct {
               unsigned int CHCFG;
               unsigned int CLKCFG;
               unsigned int MODECFG;
               unsigned int SLAVESEL;
               unsigned int INTEN;
               unsigned int STATUS;
               unsigned int TXDATA;
               unsigned int RXDATA; 
               unsigned int PACKETCNT;
               unsigned int PENDINGCLR;
               unsigned int SWAPCFG;
               unsigned int FBCLK;
        }spi;
        #define SPI0 ( * (volatile spi *)0XEC300000 )
        /* Flash opcodes. */
        #define    OPCODE_WREN        0x06 /*写使能*/
        #define    OPCODE_WRDA        0x04 /*写禁止*/
        #define    OPCODE_RDSR        0x05 /*读状态寄存器*/
        #define    OPCODE_WRSR        0x01 /*写状态寄存器*/
        #define    OPCODE_NORM_READ   0x03 /*低频率的数据读取*/
        #define    OPCODE_FAST_READ   0x0b /*高频率的数据读取*/
        #define    OPCODE_PP          0x02 /*页编程*/
        #define    OPCODE_BE_4K       0x20 /* Erase 4KiB block */
        #define    OPCODE_BE_32K      0x52 /* Erase 32KiB block */
        #define    OPCODE_CHIP_ERASE  0xc7 /*擦除整块芯片*/
        #define    OPCODE_SE          0xd8 /*扇区擦除*/
        #define    OPCODE_RDID        0x9f /*读ID */
        /*状态寄存器*/
        #define    SR_WIP             1        /*写状态中*/
        #define    SR_WEL               2            /*写保护锁*/

2．延时函数，使能芯片及禁用芯片的实现如下。

void delay(int times)
        {
                volatile int i,j;
                for (j = 0; j < times; j++){
                      for (i = 0; i < 100000; i++);
                      i = i + 1;
                }
        }
        void disable_chip(void)
        { 
                /* disable chip*/
                SPI0.SLAVESEL |= 0x1;
                delay(1);
        }
        void enable_chip(void)
        { 
                /* enable chip*/
                SPI0.SLAVESEL &= ~0x1;
                delay(1);
        }

3．软件复位的代码如下

void soft_reset(void)
        {
                SPI0.CHCFG |= 0x1 << 5;    
                delay(1);
                SPI0.CHCFG &= ~(0x1 << 5);
        }

4．接收（字节读）的实现。

在实现读字节功能的时候，第一次发送读指令后，紧接着芯片就会回送数据，这时芯片会自动累加地址，因此需要人为控制所读数据的范围，读时序如图6所示。

图6 读时序

void receive(unsigned char *buf, int len)
        {
                int i;
                SPI0.CHCFG &= ~0x1; // disable Tx  
                SPI0.CHCFG |= 0x1 << 1; // enable Rx    
                delay(1);
                for (i = 0; i < len; i++){
                      buf[i] = SPI0.RXDATA;
                       //S5PC100 SPI支持在FiFo为空时，读缓存产生SPI时钟，否则需要发送数据产生时钟 
                      delay(1);
                }
                SPI0.CHCFG &= ~(0x1 << 1);
        }

5．发送（写页面）的实现。

在发出写指令后，要紧跟着发出第一个数据要存放的地址，这个时候再顺序写入数据，和读的时候一样，芯片会自动累加地址，芯片的页面为256Bytes，写时序如图7所示。

图7 写时序

关键代码如下。

void transfer(unsigned char *data, int len)
        {
                int i;
                SPI0.CHCFG &= ~(0x1 << 1);
                SPI0.CHCFG = SPI0.CHCFG | 0x1; // enable Tx and disable Rx
                delay(1);
                for (i = 0; i < len; i++){
                        SPI0.TXDATA = data[i];
                        while( !(SPI0.STATUS & (0x1 << 21)) );
                        delay(1);
                }
        SPI0.CHCFG &= ~0x1; 
        }

6．擦除芯片相关操作如下。

这块芯片提供了两种擦除方式，第一种是分扇区来进行擦除，重点在于选好指定的地址，然后进行擦除，结合如图8所示的时序图。

图8 擦除扇区时序图

第二种是整片芯片擦除，如图9所示为整片芯片的擦除时的时序情况。

图9 整片芯片擦除时序图

关键代码如下。

/*擦除扇区*/
        void erase_sector(int addr)
        {
                unsigned char buf[4];
                buf[0] = OPCODE_SE;
                buf[1] = addr >> 16;
                buf[2] = addr >> 8;
                buf[3] = addr;
                enable_chip();
                transfer(buf, 4);
                disable_chip();
        }
        /*擦除芯片*/
        void erase_chip()
        {
                unsigned char buf[4];
                buf[0] = OPCODE_CHIP_ERASE;
                enable_chip();
                transfer(buf, 1);
                disable_chip();
        }

7．解析状态。

判断芯片工作是否结束，如图10所示为状态寄存器读时序。

图10 状态寄存器读时序

关键代码如下。

void wait_till_write_finished()
        {
                unsigned char buf[1]; 
                enable_chip();
                buf[0] = OPCODE_RDSR;
                transfer(buf, 1); 
                while(1) {
                      receive(buf, 1);
                      if(buf[0] & SR_WIP) {
                              //   printf( "Write is still in progress\n" );
                      }
                      else {
                           printf( "Write is finished.\n" );
                           break;
                      }
                }
                disable_chip();
        }

8．读芯片ID。

读ID时序如图11所示。

图11 读ID时序

关键代码如下。

void read_ID(void)
        { 
                unsigned char buf[3];
                int i;
                buf[0] = OPCODE_RDID;
                soft_reset();
                enable_chip();
                transfer(buf, 1);
                receive(buf, 3);
                disable_chip();
                printf("MI = %x\tMT = %x\tMC = %x\t\n", buf[0], buf[1], buf[2]);
        }

9．主程序

int main()
        {
                unsigned char buf[10] = "home\n";
                unsigned char data[10] = "morning\n";
                uart0_init();
                printf("aaaaa \n");
                cfg_gpio();       //配置SPI IO功能 
                set_clk();        //使能SPI控制器的时钟 
                cfg_spi0();       //配置SPI0控制器 
                while(1)
                {
                      read_ID();               //读出SPI Flash的ID号 
                      write_spi(buf, 4, 0);  //向目标芯片0地址写入4个字节数据 
                      read_spi(data, 4, 0);  //从目标芯片0地址读出4个字节数据 
                      printf("read from spi :%s", data);
                }
                return 0;
        }