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串行外圍總線 (SPI)
N76E003系列提供支持高速串行通信的SPI模塊。SPI 為微控制與外設 EEPROM, LCD 驅動, D/A 轉換之間提供
全雙工、高速、同步傳輸的總線。可提供主機從機模式傳輸，速度可達到時鐘頻率FSYS/2，支持傳輸完成標志位
和“寫”沖突標志位。在多主機系統中，SPI 支持主機模式錯誤用以防止主機沖突。
圖14-1展示了SPI的簡單體系結構。SPI的主要模塊有SPI控制寄存器，SPI狀態邏輯，波特率控制和管腳邏輯控
制。為了傳送數據和接收數據，SPI 提供了移位寄存器和讀數據緩沖器。因為無論傳送數據或是接收數據都是雙
緩存,所以傳輸端時，在前一個數據發送完成前，也可以寫入下一筆把數據。接收端能讀取讀數據緩存,在移位寄
存器接收第二個數據時，同時前一個接收的數據將被傳送到讀數據緩存。
SPI 接口有四個管腳，分別是主進/從出(MISO)，主出/從進(MOSI)，移位時鐘(SPCLK), 和從機選擇( SS )。
MOSI腳用于傳輸主機到從機的8位數據，所以MOSI是一個主機設備的輸出引腳，從機設備的輸入引腳。相應
的，MISO用于接收從機到主機的串行數據。
SPCLK引腳為主機模式下的時鐘輸出，從機的輸入時鐘。移位時鐘用于MOSI和MISO腳之間數據傳輸的同步時
鐘。主機模式發送8個移位時鐘周期，在總線上交換一個字節數據。位移時鐘由主機輸出，所以一組SPI傳輸系
統上只能有一個主機以避免設備沖突。
從機設備通過設定從機選擇腳 ( SS )選擇。當需要訪問任何從機時，該從機的此信號腳必須保持低。當SS 為
高，該從機訪問將被禁止。若為多從機模式，在同一時刻必須保持只有一個從機被選定。對于主機， SS 腳不做
任何用途，可配置為普通端口另做他用。SS可用于多主機模式下主機模式錯誤偵測功能
N76E003也提供自動激活片選腳功能，通過自動觸發SS來傳輸字節。
圖 14?2為典型的SPI設備連接圖。通信總線通過3根信號線相連, MOSI ~ MOSI, MISO ~ MISO, 和 SPCLK ~
SPCLK。主機通過一個并口的4個管腳來控制4個 ? 腳，從而實現每個 ? 線分別控制每個從機。MCU1 和 MCU2
可以任意定義為主機或從機模式。SS需配置為主機模式偵測功能避免多主機沖突。
圖 14?3表示SPI 模塊單主機/從機互連簡圖。在傳輸時，主機通過MOSI線向從機發送數據。同時，主機也通過MISO線由從機接收數據。此時主機和從機的兩個移位寄存器可被視為一個16位的循環移位寄存器。因此，當主機向從機發送數據時，從機數據也同時推向主機。這樣通過兩mcu的SPI移位寄存器，就完成了交換數據。
默認情況下，SPI先發送MSB 。當LSBFE (SPCR.5) 置1，SPI首先發送LSB，該位不會影響寄存器內MSB/LSB的排列順序。注，下述全部是基于 LSBFE為0的情況，MSB 首先被發送和接收。控制寄存器 (SPCR), SPI 狀態寄存器 (SPSR), SPI 數據寄存器 (SPDR) 這三個寄存器用于SPI傳輸。這些寄存器提供控制，狀態檢測，數據存儲以及時鐘發生設置。下面描述SPI寄存器的相關功能。
主機模式
MSTR (SPCR.4)位置1，SPI工作在主機模式。整個SPI系統中只允許一個主機啟動傳輸。每次傳輸總是由主機發起，對主機SPDR寄存器的寫開始傳送。在SPCLK控制下在MOSI管腳傳送數據。同時，MISO管腳接收數據。在8位數據傳輸完畢后，SPIF (SPSR.7)由硬件自動置位以示完成一個字節數據傳輸。同時接收到的數據也會傳送到SPDR。用戶可以從SPDR讀出數據，并清除SPIF。14.2.2 從機模式
設定MSTR為0，SPI將工作在從機模式。當作為從機模式時，SPCLK管腳變為輸入腳，它將作為時鐘輸入被另外一個主機SPI設備的輸出時鐘控制， SS管腳也變為輸入腳。當從機設備的SS 管腳不為低時，主機設備不能與從機交換數據。在數據傳輸開始前和數據傳輸完成前，SS 管腳都需要保持低電平狀態。如果SS 變為高電平，SPI將被迫進入閑置狀態。如果SS 管腳在傳輸的過程被置高，那么傳輸將被取消，接收移位緩存區里剩下的位數將變高，同時也將進入閑置狀態。
在從機模式下，數據通過MOSI管腳從主機向從機傳輸，通過MISO管腳從從機向主機傳輸。通過主機SPCLK的時鐘控制，數據進入位移寄存器。在移位寄存器接收到一個字節后，數據將移到讀數據緩存，同時SPIF置1。對SPDR的讀操作實際上就是對讀緩沖器的一次讀操作。為了防止緩沖器溢出或因溢出導致數據丟失，從設備必須在數據第二次從移位寄存器向讀緩沖器傳送前，把數據從SPDR讀出和把SPIF清零。
時鐘格式和數據傳輸
為了適應各種各樣的同步串行外設，SPI提供時鐘極性位CPOL（SPCR.3）和時鐘相位位CPHA（SPCR.2）寄存器用以控制。如圖14?4.所示，CPOL和CPHA組合出四種不同的時鐘格式。 CPOL 位表示空閑狀態時SPCLK腳電平。 CPHA位定義表示是MOSI和MISO上時鐘的哪個邊沿用來采樣。在同一系統上的主從設備中，CPOL和CPHA的配置應該是相同的。傳輸不同的數據格式，將產生隨機錯誤結果。
在SPI傳輸中，總是由主機啟動傳輸。如果SPI被選定作為主模機式（MSTR = 1）并且打開傳輸（SPIEN=1），對主機的SPI數據寄存器（SPDR）寫入數據將啟動SPI時鐘和數據傳輸。傳出一個字節的同時會接收一個字節的內容，此后SPI時鐘停止，主機和從機的SPIF（SPSR.7）同時被置1 。如果SPI中斷使能位ESPI（EIE.0）設置為1，全局中斷使能（EA= 1），將執行SPI的（ISR）中斷服務程序。
關于從機模式下， SS 信號需要注意。如圖14?4.所示，CPHA=0時， SPCLK第一個邊沿為MSB的采樣點（LSBFE= 0，MSB優先發送為例）。因此，從機必須在SPCLK第一個采樣邊沿出現之前先把MSB傳出。SS 的下降沿可用于準備MISO的MSB。因此，每次成功串行傳輸一個字節后， SS 引腳必須切換先高然后低。此外，如果從機將數據寫入SPI數據寄存器（SPDR）時，如果SS為低電位，則會發生寫沖突錯誤。當CPHA = 1，采樣邊沿位于SPCLK時鐘的第二個邊沿。從機使用的第一個SPCLK時鐘轉移的MSB，而不是SS的下降沿。因此，在每次成功傳輸時SS 可以始終保持低電位保持低之間的轉移。此格式更適合單主機單從機的結構使用。CPHA =1模式，從機的SS可以不連接在SPI系統中，直接接地。
在SPI傳輸使能(SPIEN = 1)前，必須先對SPI傳輸進行配置，否則傳輸過程中對LSBFE, MSTR, CPOL, CPHA及 SPR[1:0] 的任一更改，將會停止SPI傳輸并強迫總線進入空閑模式。所以在任何配置位更改前，請先關閉SPIEN使能位。
從機選擇引腳SS配置
N76E003SPI提供靈活的SS 配置用于不同系統。當作為從機時， SS 始終定義為選擇輸入腳。當作為主機時，
SS有三種不同的功能定義，可以通過DISMODF (SPSR.3) 和SSOE (SPCR.7)來配置。默認情況DISMODF=0，
故障偵測功能打開， SS 配置為輸入腳并檢測是否發生故障。反之，如果DISMODF=1，故障偵測功能關閉，
SSOE寄存器定義控制SS 管腳。當SSOE=1，從機選擇信號自動生成，主機的SS 管腳直接與從機的SS 腳連
接，當選擇外部從機進行傳輸時SS 自動拉低，當進入閑置狀態或者沒有選擇從機時，自動拉高。當SSOE=0且
DISMODF=1時，SS不再用作SPI管腳，而完全配置為普通端口狀態。
模式故障偵測
在一個SPI網絡中，當不止一個設備有可能成為主機時，為減少數據傳輸錯誤，模式故障偵測功能是非常有用
的。當一個主機打開模式故障偵測并發現SS 由其它設備拉低，配置詳見 表14-1.從機選擇腳定義，說明系統上
有一個從機試圖尋找主機地址并把主機認為從機。此時，硬件會自動將SPCR 的 MSTR 和SPIEN清除，從而SPI
功能關閉，并使能錯誤偵測標志MODF (SPSR.4)置1 ，如果之前已打開中斷ESPI (EIE .6) 和EA置1，則會進入
中斷向量。
寫沖突錯誤
SPI在發送方向上是單緩存，但在接收上是雙緩存。除非前一個數據傳輸完，否則新的數據不能寫入移位寄存
器。當正在進行一次傳送時，如果設備同時又寫數據到SPDR，將發生寫沖突錯誤。發送數據時由于SPDR不是
一個雙緩存，任何寫入SPDR數據將直接寫入SPI的移位寄存器。一旦發生一個寫沖突錯誤，WCOL(SPSR.6)會
被硬件置1指示發生一個寫沖突。這種情況下，當前的傳輸繼續不停，然而引起寫沖突的新數據將丟失。盡管
SPI邏輯可以在主機和從機之間進行寫沖突檢測，但寫沖突通常會是一個從機錯誤，原因是當主機開始一次傳送
時，從機是無法預知。在從機接收過程中，寫SPDR也將產生寫沖突錯誤。WCOL標志用軟件清除。
移出錯誤
對于接收數據，SPI是雙緩存的。接收到的數據移入到一個讀數據緩存中，同時能接收第二個數據。然而，在下
一個數據移入之前，必須確保已從SPDR中讀取出已接收數據。在下一個數據被移入前，要把前一個數據從讀緩
沖區內讀出，并且清除SPIF，這樣的才不會產生移出錯誤，反之，將產生移出錯誤。這種情況下，第二個字節
的數據不會正常移入讀數據緩存，緩存區內仍保留有前一個數據。當發生移出錯誤時，SPIOVF (SPSR.5)會被
硬件置1。如果中斷打開，會進入中斷請求。Figure 14?7.表示接收數據與移出錯誤之間的關系。
SPI 中斷
SPI中斷狀態標志包括SPIF、MODF 和 SPIOVF，用于產生SPI事件中斷請求。這些位都放在SPSR寄存器中。
當有外部數據傳入SPDR或自身完成數據傳輸后，SPIF標志將被置位。MODF置1時，表示SS 進入模式錯誤狀
態，SPIOVF表示接收發生數據移出錯誤。當SPI中斷打開時（ESPI (EIE.6) 和EA置1），當這3個標志中的任意
一個置1，CPU會執行SPI中斷服務程序。用戶若需要了解是由何種標志引起中斷，必須檢查相應的標志位。這
三個標志必須由用戶軟件清除。
/*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ /* */ /* Copyright(c) 2015 Nuvoton Technology Corp. All rights reserved. */ /* */ /*---------------------------------------------------------------------------------------------------------*/ //*********************************************************************************************************** // Nuvoton Technoledge Corp. // Website: http://www.nuvoton.com // E-Mail : MicroC-8bit@nuvoton.com // Date : Apr/21/2015 //*********************************************************************************************************** //*********************************************************************************************************** // File Function: N76E885 Access SPI Flash (W25Q16BV) demo code //*********************************************************************************************************** #include <stdio.h> #include <intrins.h> #include <string.h> #include "N76E885.h" #include "Version.h" #include "Typedef.h" #include "Define.h" #include "SFR_Macro.h" #include "Common.h" #include "Delay.h" /* //-------- <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> ------------ // //<e0> System Clock Source Configuration // <o1> System Clock Source Selection // <0=> 2~25MHz XTAL // <1=> 32.768KHz XTAL // <2=> 22.1184MHz Internal // <3=> 10KHz Internal // <4=> OSC-In External //</e> // //<e2> Clock Divider Configuration // <o3.0..7> System Clock Source Devider <1-255> // <i> Fsys = (System Clock Source) / (2 * Devider) //</e> // // <o4> SPI Clock Rate Selection (11.0592MHz System Clock) // <0=> 2.7648MHz, Fosc/4 // <1=> 1.3824MHz, Fosc/8 // <2=> 0.6912MHz, Fosc/16 // <3=> 0.3456MHz, Fosc/32 //-------- <<< end of configuration section >>> ------------------------------ */ #define SYS_CLK_EN 0 #define SYS_SEL 2 #define SYS_DIV_EN 0 //0: Fsys=Fosc, 1: Fsys = Fosc/(2*CKDIV) #define SYS_DIV 1 #define SPI_CLOCK 0 #define SS_PIN P04 #define WRITE_ENABLE 0x06 #define WRITE_DISABLE 0x04 #define READ_DATA 0x03 #define PAGE_PROGRAM 0x02 #define CHIP_ERASE 0xC7 #define READ_STATUS1 0x05 bit BIT_TMP; //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void SPI_Error(void) { printf ("\n* SPI Error, please check the connection between MCU and SPI Flash"); while(1); } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void SPI_Initial(void) { #if SPI_CLOCK == 0 clr_SPR1; clr_SPR0; #elif SPI_CLOCK == 1 clr_SPR1; set_SPR0; #elif SPI_CLOCK == 2 set_SPR1; clr_SPR0; #elif SPI_CLOCK == 3 set_SPR1; set_SPR0; #endif /* /SS General purpose I/O ( No Mode Fault ) */ set_DISMODF; clr_SSOE; /* SPI in Master mode */ set_MSTR; /* MSB first */ clr_LSBFE; clr_CPOL; clr_CPHA; /* Enable SPI function */ set_SPIEN; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Read_MID_DID(UINT8 *pu8MID,UINT8 *pu8DID) { SS_PIN = 0; SPDR = 0x90; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0xFF; while((SPSR&0x80)==0x00); *pu8MID = SPDR; clr_SPIF; SPDR = 0xFF; while((SPSR&0x80)==0x00); *pu8DID = SPDR; clr_SPIF; SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Write_Enable(void) { SS_PIN = 0; SPDR = WRITE_ENABLE; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Write_Disable(void) { SS_PIN = 0; SPDR = WRITE_DISABLE; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Chip_Erase(void) { SS_PIN = 0; SPDR = CHIP_ERASE; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Read_Status(void) { UINT8 u8Status; SS_PIN = 0; do{ SPDR = READ_STATUS1; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0xFF; while((SPSR&0x80)==0x00); u8Status = SPDR; clr_SPIF; }while((u8Status&0x01)==0x01); SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Erase_Verify(void) { UINT16 u16CNT; UINT8 u8Data; SS_PIN = 0; SPDR = READ_DATA; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; /* 24-bit Address */ SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; for(u16CNT=0;u16CNT<256;u16CNT++) { SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); u8Data = SPDR; clr_SPIF; if(u8Data != 0xFF) { SPI_Error(); } } SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Program(void) { UINT16 u16CNT; SS_PIN = 0; SPDR = PAGE_PROGRAM; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; /* 24-bit Address */ SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; /* Send the data to SPI_Flash buffer */ for(u16CNT=0;u16CNT<256;u16CNT++) { SPDR = (UINT8)u16CNT; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; } SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void Flash_Program_Verify(void) { UINT16 u16CNT; UINT8 u8Data; SS_PIN = 0; SPDR = READ_DATA; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; /* 24-bit Address */ SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); clr_SPIF; for(u16CNT=0;u16CNT<256;u16CNT++) { SPDR = 0x00; while((SPSR&0x80)==0x00); u8Data = SPDR; clr_SPIF; if(u8Data != (UINT8)u16CNT) { SPI_Error(); } } SS_PIN = 1; } //----------------------------------------------------------------------------------------------------------- void main(void) { UINT8 u8MID,u8DID; /* Note MCU power on system clock is HIRC (22.1184MHz), so Fsys = 22.1184MHz */ Set_All_GPIO_Quasi_Mode(); InitialUART0_Timer1_Type1(9600); /* 9600 Baud Rate*/ Show_FW_Version_Number_To_PC(); printf ("\n*==================================================================="); printf ("\n* Name: N76E885 SPI Demo Code, MCU <--> W25Q16BV"); printf ("\n*===================================================================\n"); /* Change system closk source */ #if SYS_CLK_EN == 1 #if SYS_SEL == 0 System_Clock_Select(E_HXTEN); //Fosc = 2~25MHz XTAL #elif SYS_SEL == 1 System_Clock_Select(E_LXTEN); //Fosc = 32.768KHz XTAL #elif SYS_SEL == 2 System_Clock_Select(E_HIRCEN); //Fosc = 22.1184MHz Internal RC #elif SYS_SEL == 3 System_Clock_Select(E_LIRCEN); //Fosc = 10KHz Internal RC #elif SYS_SEL == 4 System_Clock_Select(E_OSCEN); //Fosc = OSC-In External OSC #endif #endif #if SYS_DIV_EN == 1 CKDIV = SYS_DIV; //Fsys = Fosc / (2* CLKDIV) = Fcpu #endif SPI_Initial(); Read_MID_DID(&u8MID,&u8DID); printf ("\n* MID value of W25Q16BV = 0x%X",(UINT16)u8MID); printf ("\n* DID value of W25Q16BV = 0x%X",(UINT16)u8DID); if((u8MID != 0xEF)&&(u8DID != 0x17)) { SPI_Error(); } /* The procedure of SPI Flash at erase mode */ Flash_Write_Enable(); Flash_Chip_Erase(); Flash_Read_Status(); Flash_Write_Disable(); Flash_Erase_Verify(); /* The procedure of SPI Flash at program mode */ Flash_Write_Enable(); Flash_Program(); Flash_Read_Status(); Flash_Write_Disable(); /* Program verify */ Flash_Program_Verify(); printf("\nFinished the SPI Demo Code and test pass!!!\n"); while(1); } //-----------------------------------------------------------------------------------------------------------
具體講解 容后再說
