libftdi1学习笔记 4 - MPSSE SPI

目录

1. 初始化

2. SCK默认电平设置

3. GPIO控制

4. spi全双工通信

4.1 MSB/LSB

4.2 分配command缓存

4.3 spi0TransferBit

4.3 spi1TransferBit

4.4 spi2TransferBit

4.5 spi3TransferBit

4.6 写命令序列

4.7 读数据

4.8 组合实际数据

5. 验证

5.1 初始化FTDI设备模式

5.2 初始化GPIO

5.3 控制CS

5.4 读flash的id

5.5 结果

与官方的方式不同，这里采用纯GPIO模式的方式实现SPI，这样可以定义任意GPIO为SPI，也可以实现QSPI。

typedef struct 
{struct ftdi_context *ftdi;uint8_t sck;uint8_t mosi_io0;uint8_t miso_io1;uint8_t io2;uint8_t io3;uint8_t freq;spi_type_e type;spi_mode_e mode;bool msb;uint8_t *pCommand;int iCommand;
}mpsse_spi_s;

sck/mosi_io0/miso_io1/io2/io3分别对应SPI/QSPI的io，同样，所有io都必须属于同一组。注意，CS脚单独控制，用GPIO的方式控制。

type表示该SPI是哪种类型：

typedef enum
{SPI_TYPE_SPI = 0,SPI_TYPE_QSPI,
}spi_type_e;

mode则表示spi的模式

由于多个SPI从设备可以共用sck和数据口，只使用不同的cs即可。所以这里只定义2个spi设备

typedef enum
{SPI_PORT_0 = 0,SPI_PORT_1,SPI_PORT_MAX,
}mpsse_spi_port_e;mpsse_spi_s spi[SPI_PORT_MAX];

1. 初始化

void spiInit(uint8_t port, mpsse_spi_s init)
{if(port >= SPI_PORT_MAX)return;spi[port] = init;spi[port].freq += 1;
}

2. SCK默认电平设置

根据SPI的模式设置SCK默认电平，如果是模式0和模式1，SCK默认是低电平（CPOL = 0），如果是模式2和模式3（CPOL = 1），SCK默认是高电平。

void spiCPOL(uint8_t port)
{if(spi[port].mode == SPI_MODE0 || spi[port].mode == SPI_MODE1)mpsseGpioWrite(spi[port].sck, 0);elsempsseGpioWrite(spi[port].sck, 1);
}

这个函数要在CS设置为低前调用。

3. GPIO控制

将GPIO控制定义好宏

#define spiSCKHigh(port)        do{\gpio.level |= ((uint16_t)1 << spi[port].sck);\
}while(0)#define spiSCKLow(port)        do{\gpio.level &= (uint16_t)(~((uint16_t)1 << spi[port].sck));\
}while(0)#define spiMOSIHigh(port)       do{\gpio.level |= ((uint16_t)1 << spi[port].mosi_io0);\
}while(0)#define spiMOSILow(port)        do{\gpio.level &= (uint16_t)(~((uint16_t)1 << spi[port].mosi_io0));\
}while(0)#define spiMISORead(port)    do{\spi[port].pCommand[spi[port].iCommand++] = gpioReadCommand[gpioCommand(port)];\
}while(0)

4. spi全双工通信

spi类型下传输数据接口函数：

int spiTransferBytes(uint8_t port, uint8_t* wrBuf, uint8_t* rdBuf, uint16_t len)

这种模式下是全双工的模式，和选择的模式有关。CPHA表示选择第几个沿来

当CPHA = 0时，表示第一个沿采集数据（即读入数据）；当CPHA = 1时，表示第二个沿采集数据。由于CPOL确定了SCK初始电平，所以这2个设置就决定了第一个是上升沿还是下降沿。

modeCPOLCPHA
mode 000
mode 101
mode 210
mode 311

mode 0: SCK初始电平为低电平， 在第一个上升沿前MOSI输出，然后在上升沿后MISO读入，完成第一个位的传输。

mode 1: SCK初始电平为低电平， 在第一个上升沿前MOSI输出，等到下降沿后MISO读入

mode 2: SCK初始电平为高电平， 在第一个下降沿前MOSI输出，然后在下降沿后MISO读入，完成第一个位的传输。

mode 3: SCK初始电平为高电平， 在第一个下降沿前MOSI输出，等到上升沿后MISO读入

    int size = len;int j = 0;while(size > 0){int i;uint8_t wrDat;if(wrBuf == NULL)wrDat = 0xff;elsewrDat = wrBuf[j];uint8_t level = 0; for(i = 0; i < 8; i++){if(spi[port].msb == false){level = (wrDat & 0x01) ? 1 : 0;wrDat >>= 1;}else{level = (wrDat & 0x80) ? 1 : 0;wrDat <<= 1;}switch(spi[port].mode){case SPI_MODE0:default:spi0TransferBit(port, level);break;case SPI_MODE1:spi1TransferBit(port, level);break;case SPI_MODE2:spi2TransferBit(port, level);break;case SPI_MODE3:spi3TransferBit(port, level);break;}}j++;size--;}

4.1 MSB/LSB

在发送前，先根据高位在前MSB还是低位在前LSB准备好要发送的位

        for(i = 0; i < 8; i++){if(spi[port].msb == false){level = (wrDat & 0x01) ? 1 : 0;wrDat >>= 1;}else{level = (wrDat & 0x80) ? 1 : 0;wrDat <<= 1;}switch(spi[port].mode)

4.2 分配command缓存

一个位写需要3 * 3 * freq个字节命令，最后需要加一个0x87命令，所以一共需要分配的字节数为：

    int commandlength = size * 3 * 3 * spi[port].freq + 1;spi[port].pCommand = (uint8_t *)malloc(commandlength);spi[port].iCommand = 0;

4.3 spi0TransferBit

模式0下传输一个位，在上升沿前MOSI输出位信息，然后产生上升沿，从设备准备好数据，主机读入数据，最后拉低SCK，完成一个位的传输。

void spi0TransferBit(uint8_t port, uint8_t level)
{if(level == 0)spiMOSILow(port);elsespiMOSIHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiMISORead(port);spiSCKLow(port);spiCommandWrite(port, 1);
}

4.3 spi1TransferBit

和模式0最大的区别是在第二个时钟沿读入MISO

void spi1TransferBit(uint8_t port, uint8_t level)
{if(level == 0)spiMOSILow(port);elsespiMOSIHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKLow(port);spiCommandWrite(port, 1);spiMISORead(port);
}

4.4 spi2TransferBit

和模式0相比，sck方向反过来就是模式2.

void spi2TransferBit(uint8_t port, uint8_t level)
{if(level == 0)spiMOSILow(port);elsespiMOSIHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKLow(port);spiCommandWrite(port, 1);spiMISORead(port);spiSCKHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);
}

4.5 spi3TransferBit

和模式1相比，sck方向反过来就是模式3

void spi3TransferBit(uint8_t port, uint8_t level)
{if(level == 0)spiMOSILow(port);elsespiMOSIHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKLow(port);spiCommandWrite(port, 1);spiSCKHigh(port);spiCommandWrite(port, 1);spiMISORead(port);
}

4.6 写命令序列

最后加一个0x87命令

spi[port].pCommand[spi[port].iCommand++] = 0x87;

同样，判断一下command缓存是否足够

    if(spi[port].iCommand > commandlength){printf("spi transfer error: command buffer is overflow %d:%d\n", spi[port].iCommand, commandlength);if(spi[port].pCommand)free(spi[port].pCommand);return -2;}

发送command数据

    int writetimeout = spi[port].ftdi->usb_write_timeout;spi[port].ftdi->usb_write_timeout = spi[port].iCommand * spi[port].freq;int ret = ftdi_write_data(spi[port].ftdi, spi[port].pCommand, spi[port].iCommand);if(spi[port].pCommand)free(spi[port].pCommand);spi[port].ftdi->usb_write_timeout = writetimeout;if(ret < 0){printf("usb write fail %d\n", ret);return -3;}

4.7 读数据

读入所有的位数据

    int rdLen = len * 8;uint8_t *pReadBuf = (uint8_t *)malloc(rdLen);int readtimeout = spi[port].ftdi->usb_read_timeout;spi[port].ftdi->usb_read_timeout = spi[port].iCommand + rdLen * spi[port].freq;ret = ftdi_read_data(spi[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);printf("read data number:%d\n", ret);if(ret < rdLen){//try againprintf("retry read:%d\n", ret);int remain;if(ret < 0){remain = rdLen;ret = ftdi_read_data(spi[port].ftdi, pReadBuf, rdLen);} else{remain = rdLen - ret;ret = ftdi_read_data(spi[port].ftdi, pReadBuf + ret, remain);}if(ret + remain < rdLen){if(pReadBuf)free(pReadBuf);spi[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;return -3;}}spi[port].ftdi->usb_read_timeout = readtimeout;

4.8 组合实际数据

因为读入的数据是整个8位数据，所以将对应位的数据组合为8位数据。如果rdBuf是空指针，那么就不需要读数据，这一步就跳过。

    if(rdBuf != NULL){int j = 0;for(int i = 0; i < rdLen; i++){int max = i + 8;uint8_t tmp = 0;for(; i < max; i++){if(spi[port].msb == true){tmp <<= 1;if ((pReadBuf[i] & ((uint8_t)(1 << (spi[port].miso_io1 % 8)))) == (uint8_t)(1 << (spi[port].miso_io1 % 8))){tmp |= 0x01;}}else{tmp >>= 1;if ((pReadBuf[i] & ((uint8_t)(1 << (spi[port].miso_io1 % 8)))) == (uint8_t)(1 << (spi[port].miso_io1 % 8))){tmp |= 0x80;}}}rdBuf[j++] = tmp;i--;}if(pReadBuf)free(pReadBuf);}

最后释放缓存，返回即可。

    if(pReadBuf)free(pReadBuf);printf("SPI Transfer Bytes OK\n");

4. 9 读写函数

可以通过宏定义定义好SPI接口的读写函数

#define spiWriteBytes(port, wrBuf, len)     spiTransferBytes(port, wrBuf, NULL, len)
#define spiReadBytes(port, rdBuf, len)      spiTransferBytes(port, NULL, rdBuf, len)

5. 验证

SPI接口接SPI NOR Flash，其中ADBUS0接MOSI，ADBUS1接MISO，ADBUS2接SCK，ADBUS3接CS。

5.1 初始化FTDI设备模式

    int ret;ret = ftdi_set_bitmode(ftdi, 0, BITMODE_MPSSE);if(ret < 0){printf("Set Mode Fail: %d\n", ret);return EXIT_FAILURE;}

5.2 初始化GPIO

#define SFLASH_CS_PIN       3mpsse_gpio_s gpioSetting;gpioSetting.ftdi = ftdi;gpioSetting.dir = 0x0000; //All inputgpioSetting.dir |= ((uint16_t)GPIO_DIR_OUT << spiSetting.sck) | ((uint16_t)GPIO_DIR_OUT << spiSetting.mosi_io0)| ((uint16_t)GPIO_DIR_OUT << SFLASH_CS_PIN);        //CSgpioSetting.level = 0xFFFF;mpsseGpioInit(gpioSetting);

5.3 控制CS

直接使用gpio的api控制CS的高低电平。

#define SFLASH_CS_PIN       3
void sflash0CS(uint8_t port, bool enable)
{spiCPOL(port);mpsseGpioWrite(SFLASH_CS_PIN, !enable);
}

5.4 读flash的id

    #define CMD_READ_ID             0x9Fuint8_t cmd[4] = {CMD_READ_ID, 0xff, 0xff, 0xff};uint32_t id;sflash[port].pCSEnable(port, true);spiWriteBytes(sflash[port].spiPort, cmd, 1);spiReadBytes(sflash[port].spiPort, cmd + 1, 3);sflash[port].pCSEnable(port, false);id = ((uint32_t)cmd[1] << 16) | (uint32_t)(cmd[2] << 8) | (uint32_t)(cmd[3]);printf("sflash id is:%x\n", id);

5.5 结果

sflash id is:ef4018

这个波形如下图： 

 而最大频率大概为450KHz，有点低

如果需要更高频率，应该要采用官方的方式，固定SCK，MISO和MOSI的方式。

还有一种优化方式，就是将所有的命令一次发出，例如pCSEnable + spiWriteBytes + spiReadBytes + pCSEnable这4个的IO控制序列组合起来，一次写给设备。例如：

    sflash[port].pCSEnable(port, true);//spiWriteBytes(sflash[port].spiPort, cmd, 1);//spiReadBytes(sflash[port].spiPort, cmd + 1, 3);spiTransferBytes(sflash[port].spiPort, cmd, cmd, 4);sflash[port].pCSEnable(port, false);

它的波形就变为：

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