單片機 arm 常用的接口總結

1 I2C總線

涉及到I2C的編程主要涉及到兩種情況：有專用控制器的arm芯片，無控制器的單片機芯片。有控制器的arm芯片，主要就是依據數據手冊，通過設置相應的寄存器（控制寄存器，狀態寄存器等）來實現相應的操作；然而對于沒有控制器的單片機芯片，只有通過相應的引腳根據I2c協議來予以模擬實現。

首先來談談I2c協議。涉及到的信號主要分為三類：開始信號，停止信號，發送數據。既然是協議，就是雙方事先約定好的規定，通信雙方按照這個標準來進行數據的傳輸就可以了。保證數據傳輸的一致性的話，還有在某些時候發送一些附帶的檢查信息，例如ack信號，非ack信號；

開始信號：SCL為高電平時，SDA由高電平向低電平跳變，開始傳送數據。
結束信號：SCL為高電平時，SDA由低電平向高電平跳變，結束傳送數據。
應答信號：接收數據的IC在接收到8bit數據后，向發送數據的IC發出特定的低電平脈沖，表示已收到數據。CPU向受控單元發出一個信號后，等待受控單元發出一個應答信號，CPU接收到應答信號后，根據實際情況作出是否繼續傳遞信號的判斷。若未收到應答信號，由判斷為受控單元出現故障。

基于單片機的模擬I2C的信號，應該嚴格按照以上的時序進行研究實現。

接下來看看帶有I2C的控制器的arms3c2410,s3c2440芯片的i2c的控制。主要包括四個相關的寄存器的設置：通過它們之間的相互配合，實現i2c的數據傳輸。

IICON：控制寄存器。主要是用于控制是否發出ＡＣＫ信號，設置發送器的時鐘，開啟Ｉ２ｃ中斷，并標示中斷是否發生。

　　IISTAT: 狀態寄存器。選擇I2C的工作模式，發出S信號，P信號，使能接受/發送功能，并標示各種狀態，比如總線仲裁是否成功，作為從機時是否被尋址，是否接收到0地址，是否接收到ACK信號。

IICADD：多主機I2C地址寄存器；

IICDS:發送、接受數據移位寄存器；

接下來按照數據手冊，根據其主機發送器的工作流程來編寫相應的代碼。

三個函數就可以實現簡單的I2C協議： 讀取，寫入，中斷；

編程思路如下：

寫函數，讀函數，僅僅是啟動I2C傳輸，然后等待，直到數據在中斷服務程序中傳輸完畢后再返回。

2 SPI總線協議的認識（SPI中的極性CPOL和相位CPHA）

【背景】

最近在看關于Silicon Labs的C8051F347的某個驅動中，關于SPI部分初始化的代碼，看到其對于SPI的設置為CPOL=1，CPHA=0，對于CPOL及CPHA的含義不了解，想要搞懂，這兩個參數到底是什么意思，以及為何要這么設置。所以才去找了SPI的極性和相位的相關資料，整理如下。

【SPI基礎知識簡介】

設備與設備之間通過某種硬件接口通訊，目前存在很多種接口，SPI接口是其中的一種。

SPI中分Master主設備和Slave從設備，數據發送都是由Master控制。

一個master可以接一個或多個slave。

常見用法是一個Master接一個slave，只需要4根線：

SCLK：Serial Clock，（串行）時鐘

MISO：Master In Slave Out，主設備輸入，從設備輸出

MOSI：Master Out Slave In，主設備輸出，從設備輸入

SS: Slave Select，選中從設備，片選

【SPI相關的縮寫或說法】

先簡單說一下，關于SPI中一些常見的說法：

SPI的極性Polarity和相位Phase，最常見的寫法是CPOL和CPHA，不過也有一些其他寫法，簡單總結如下：

(1) CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity =（時鐘）極性；

(2) CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase =（時鐘）相位；

(3) SCK=SCLK=SPI的時鐘；

(4) Edge=邊沿，即時鐘電平變化的時刻，即上升沿(rising edge)或者下降沿(falling edge)；

對于一個時鐘周期內，有兩個edge，分別稱為：

Leading edge=前一個邊沿=第一個邊沿，對于開始電壓是1，那么就是1變成0的時候，對于開始電壓是0，那么就是0變成1的時候；

Trailing edge=后一個邊沿=第二個邊沿，對于開始電壓是1，那么就是0變成1的時候（即在第一次1變成0之后，才可能有后面的0變成1），對于開始電壓是0，那么就是1變成0的時候；

本文采用如下用法：

極性=CPOL

相位=CPHA

SCLK=時鐘

第一個邊沿和第二個邊沿

【SPI的相位和極性】

CPOL和CPHA，分別都可以是0或時1，對應的四種組合就是：

結合這個圖已經很清楚的認識到，極性和相位主要是控制什么東東了.cpol等于0時，時鐘的空閑電平就是0；cpol等于1時，空閑電平就是1；而cpha決定了數據采樣的時刻，是第一個邊沿的時候，還是第二個邊沿的時候。

【如何看懂和記憶CPOL和CPHA】

所以，關于在其他地方介紹的，看似多么復雜難懂難記憶的CPOL和CPHA，其實經過上面解釋，就很容易看懂了：

去看時序圖，如果起始的始終SCLK的電平是0，那么CPOL=0，如果是1，那么CPOL=1，

然后看數據采樣時刻，即時序圖數據線上的數據那個矩形區域的中間所對應的位置，對應到上面SCLK時鐘的位置，對應著是第一個邊沿或是第二個邊沿，即CPHA是0或1。（對應的是上升沿還是還是下降沿，要根據對應的CPOL的值，才能確定）。

即：

（1）如何判斷CPOL：SCLK的空閑時候的電壓，是0還是1，決定了CPOL是0還是1；

（2）如何判斷CPHA：而數據采樣時刻對應著的SCLK的電平，是第一個邊沿還是第二個邊沿，對應著CPHA為0還是1。

【軟件中如何設置SPI的極性和相位】

SPI分主設備和從設備，兩者通過SPI協議通訊。

而設置SPI的模式，是從設備的模式，決定了主設備的模式。

所以要先去搞懂從設備的SPI是何種模式，然后再將主設備的SPI的模式，設置和從設備相同的模式，即可正常通訊。

對于從設備的SPI是什么模式，有兩種：

（1）固定的，有SPI從設備硬件決定的

SPI從設備，具體是什么模式，相關的datasheet中會有描述，需要自己去datasheet中找到相關的描述，即：

關于SPI從設備，在空閑的時候，是高電平還是低電平，即決定了CPOL是0還是1；

然后再找到關于設備是在上升沿還是下降沿去采樣數據，這樣就是，在定了CPOL的值的前提下，對應著可以推算出CPHA是0還是1了。

舉例1：

CC2500- Low-Cost Low-Power 2.4 GHz RF Transceiver的datasheet中SPI的時序圖是：

從圖中可以看到，最開始的SCLK和結束時候的SCLK，即空閑時刻的SCLK，是低電平，推導出CPOL=0，然后可以看到數據采樣的時候，即數據最中間的那一點，對應的是SCLK的第一個邊沿，所以CPHA=0（此時對應的是上升沿）。

舉例2：

SSD1289- 240 RGB x 320 TFT LCD Controller Driver的datasheet中提到：

“SDI is shifted into 8-bit shift register on every rising edge of SCK in the order of data bit 7, data bit 6 …… data bit 0.”

意思是，數據是在上升沿采樣，所以可以斷定是CPOL=0，CPHA=0，或者CPOL=1，CPHA=1的模式，但是至于是哪種模式。

按理來說，接下來應該再去確定SCLK空閑時候是高電平還是低電平，用以確定CPOL是0還是1，但是datasheet中沒有提到這點。

所以，此處，目前不太確定，是兩種模式都支持，還是需要額外找證據卻確定CPOL是0還是1.

（2）可配置的，由軟件自己設定

從設備也是一個SPI控制器，4種模式都支持，此時只要自己設置為某種模式即可。

然后知道了從設備的模式后，再去將SPI主設備的模式，設置為和從設備模式一樣，即可。

對于如何配置SPI的CPOL和CPHA的話，不多細說，多數都是直接去寫對應的SPI控制器中對應寄存器中的CPOL和CPHA那兩位，寫0或寫1即可。