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一、SPI协议介绍
市面上的开发板很少接有SPI设备，但是SPI协议在工作中经常用到。开发SPI模块，上面有SPI Flash和SPI OLED。OLED就是一块显示器。
裸板程序会涉及两部分：
- 用GPIO模拟SPI
- 用S3C2440的SPI控制器
- SCK：提供时钟
- DO:作为数据输出
- DI:作为数据输入
- CS0/CS1:作为片选
同一时刻只能有一个SPI设备处于工作状态。
SPI Flash会在每个时钟周期的上升沿读取D0上的电平。
在SPI协议中，有两个值来确定SPI的模式。
CPOL:表示SPICLK的初始电平，0为电平，1为高电平
CPHA:表示相位，即第一个还是第二个时钟沿采样数据，0为第一个时钟沿，1为第二个时钟沿
| CPOL | CPHA | 模式 | 含义 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | 0 | 初始电平为低电平，在第一个时钟沿采样数据 |
| 0 | 1 | 1 | 初始电平为低电平，在第二个时钟沿采样数据 |
| 1 | 0 | 2 | 初始电平为高电平，在第一个时钟沿采样数据 |
| 1 | 1 | 3 | 初始电平为高电平，在第二个时钟沿采样数据 |
常用的是模式0和模式3，因为它们都是在上升沿采样数据，不用去在乎时钟的初始电平是什么，只要在上升沿采集数据就行。
极性选什么？格式选什么？通常去参考外接的模块的芯片手册。比如对于OLED，查看它的芯片手册时序部分：
二、使用GPIO实现SPI协议操作OLED
现在开始写代码，使用GPIO实现SPI协议操作。
现在想要操作OLED，通过三条线(SCK、DO、CS)与OLED相连，这里没有DI是因为2440只会向OLED传数据而不用接收数据。
要用GPIO来实现SOC向OLED写数据，这一层用gpio_spi.c来实现，负责发送数据。
对于OLED，有专门的指令和数据格式，要传输的数据内容，在oled.c这一层来实现，负责组织数据。
新建一个gpio_spi.c文件，实现SPI初始化SPIInt()
void SPIInit(void)
{
/* 初始化引脚 */
SPI_GPIO_Init();
}
GPF1作为OLED片选引脚，设置为输出；
GPG2作为FLASH片选引脚，设置为输出；
GPG4作为OLED的数据(Data)/命令(Command)选择引脚，设置为输出；
GPG5作为SPI的MISO，设置为输入；
GPG6作为SPI的MOSI，设置为输出；
GPG7作为SPI的时钟CLK，设置为输出；
/* 用GPIO模拟SPI */
static void SPI_GPIO_Init(void) {
/* GPF1 OLED_CSn output */
GPFCON &= ~(3<<(1*2));
GPFCON |= (1<<(1*2));
GPFDAT |= (1<<1);
/* GPG2 FLASH_CSn output
* GPG4 OLED_DC output
* GPG5 SPIMISO input
* GPG6 SPIMOSI output
* GPG7 SPICLK output
*/
GPGCON &= ~((3<<(2*2)) | (3<<(4*2)) | (3<<(5*2)) | (3<<(6*2)) | (3<<(7*2)));
GPGCON |= ((1<<(2*2)) | (1<<(4*2)) | (1<<(6*2)) | (1<<(7*2)));
GPGDAT |= (1<<2);
}
再新建一个oled.c文件，以实现初始化OLEDOLEDInit()
void OLEDInit(void)
{
/* 向OLED发命令以初始化 */
}
查阅OLED数据手册SPEC UG-2864TMBEG01.pdf可以得知其初始化流程和参考的初始化代码：
void OLEDInit(void)
{
/* 向OLED发命令以初始化 */
OLEDWriteCmd(0xAE); /*display off*/
OLEDWriteCmd(0x00); /*set lower column address*/
OLEDWriteCmd(0x10); /*set higher column address*/
OLEDWriteCmd(0x40); /*set display start line*/
OLEDWriteCmd(0xB0); /*set page address*/
OLEDWriteCmd(0x81); /*contract control*/
OLEDWriteCmd(0x66); /*128*/
OLEDWriteCmd(0xA1); /*set segment remap*/
OLEDWriteCmd(0xA6); /*normal / reverse*/
OLEDWriteCmd(0xA8); /*multiplex ratio*/
OLEDWriteCmd(0x3F); /*duty = 1/64*/
OLEDWriteCmd(0xC8); /*Com scan direction*/
OLEDWriteCmd(0xD3); /*set display offset*/
OLEDWriteCmd(0x00);
OLEDWriteCmd(0xD5); /*set osc division*/
OLEDWriteCmd(0x80);
OLEDWriteCmd(0xD9); /*set pre-charge period*/
OLEDWriteCmd(0x1f);
OLEDWriteCmd(0xDA); /*set COM pins*/
OLEDWriteCmd(0x12);
OLEDWriteCmd(0xdb); /*set vcomh*/
OLEDWriteCmd(0x30);
OLEDWriteCmd(0x8d); /*set charge pump enable*/
OLEDWriteCmd(0x14);
}
因此我们还要先实现OLEDWriteCmd()函数，对于OLED，除了SPI的片选、时钟、数据引脚，还有一个数据/命令切换引脚。
对于OLED，命令由开启/关闭显示、背光亮度等，具体有什么命令，可以查阅OLED的主控芯片手册SSD1306-Revision 1.1 (Charge Pump).pdf，在9 COMMAND TABLE 有相关命令的介绍。
因此，在编写OLEDWriteCmd()时，需要先设置为命令模式
static void OLEDWriteCmd(unsigned char cmd)
{
OLED_Set_DC(0); /* command */
OLED_Set_CS(0); /* select OLED */
SPISendByte(cmd);
OLED_Set_CS(1); /* de-select OLED */
OLED_Set_DC(1); /* */
}
即：先设置为命令模式，再片选OLED，再传输命令，再恢复成原来的模式和取消片选。
片选函数和模式切换函数都比较简单，设置为对应的高低电平即可：
static void OLED_Set_DC(char val)
{
if (val)
GPGDAT |= (1<<4);
else
GPGDAT &= ~(1<<4);
}
static void OLED_Set_CS(char val)
{
if (val)
GPFDAT |= (1<<1);
else
GPFDAT &= ~(1<<1);
}
还剩下SPISendByte()函数，它属于SPI协议，放在gpio_spi.c里面：
void SPISendByte(unsigned char val)
{
int i;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
SPI_Set_CLK(0);
SPI_Set_DO(val & 0x80);
SPI_Set_CLK(1);
val <<= 1;
}
}
先设置CLK为低，然后数据引脚输出数据的最高位，然后CLK为高，在CLK这个上升沿中,OLED就读取了一位数据。接着左移一位，将原来的第7位移动到了第8位，重复8次，传输完成。
再完成SPI_Set_CLK()和SPI_Set_DO()：
static void SPI_Set_CLK(char val)
{
if (val)
GPGDAT |= (1<<7);
else
GPGDAT &= ~(1<<7);
}
static void SPI_Set_DO(char val)
{
if (val)
GPGDAT |= (1<<6);
else
GPGDAT &= ~(1<<6);
}
至此，SPI初始化和OLED初始化就基本完成了，接下来就是OLED显示部分。
先了解一下OLED显示的原理：
OLED长有128个像素，宽有64个像素，每个像素用一位来表示，为1则亮，为0则灭。
每一个字节数据Datax控制每列8个像素，在显存里面存放Data数据。
之后所需的操作就是把数据写到显存里面去，如何写到显存可以拆分成两个问题：
- ①怎么发地址
- ②怎么发数据
OLED主控的手册里介绍了三种地址模式，我们常用的是页地址模式(Page addressing mode (A[1:0]=10xb))，它把显存的64行分为8页，每页对应8行；选中某页后，再选择某列，然后就可以往里面写数据了，每写一个数据，地址就会加1，一直写到最右端的位置，他会自动跳到最左端。
通过命令来实现发送页地址和列地址，其中列地址分为两次发送，先发送低字节，再发送高字节。
假设每个字符数据大小为8x16，假如第一个字符位置为(page,col)，相邻的右边就是(page,col+8)，写满一行跳至下一行的坐标就是(page+2,col)。
/* page: 0-7
* col : 0-127
* 字符: 8x16象素
*/
void OLEDPrint(int page, int col, char *str)
{
int i = 0;
while (str[i])
{
OLEDPutChar(page, col, str[i]);
col += 8;
if (col > 127)
{
col = 0;
page += 2;
}
i++;
}
}
只要字符数组str[i]有数据，就调用OLEDPutChar(page, col, str[i])在指定位置显示第一个字符，然后位置向右移动一个字符的大小，如果遇到行尾，再进行换行，就这样依次显示完所有字符。
现在开始实现最重要的OLEDPutChar()函数。把一个字符在OLED上显示出来需要以下几个步骤：
- a. 得到字模
- b. 发给OLED
字模我们可以从网上搜索相关资料获取到，将字模的数组oled_asc2_8x16[95][16]放在oledfont.c里面，字符从空格开始，因此每次减去一个空格才是我们想要的字符。
/* page: 0-7
* col : 0-127
* 字符: 8x16象素
*/
void OLEDPutChar(int page, int col, char c)
{
int i = 0;
/* 得到字模 */
const unsigned char *dots = oled_asc2_8x16[c - ' '];
/* 发给OLED */
OLEDSetPos(page, col);
/* 发出8字节数据 */
for (i = 0; i < 8; i++)
OLEDWriteDat(dots[i]);
OLEDSetPos(page+1, col);
/* 发出8字节数据 */
for (i = 0; i < 8; i++)
OLEDWriteDat(dots[i+8]);
}
显示一个字符，就先获取字模数据，接着发出8字节数据，再换行发出8字节数。
再设置列：
static void OLEDSetPos(int page, int col)
{
OLEDWriteCmd(0xB0 + page); /* page address */
OLEDWriteCmd(col & 0xf); /* Lower Column Start Address */
OLEDWriteCmd(0x10 + (col >> 4)); /* Lower Higher Start Address */
}
即先发送0x20，再设置A[1:0]=10：
static void OLEDSetPageAddrMode(void)
{
OLEDWriteCmd(0x20);
OLEDWriteCmd(0x02);
}
在显示中，一般都需一个清屏函数来清空当前可能显示的数据。清屏函数比较简单，往所有位置里面写0即可：
static void OLEDClear(void)
{
int page, i;
for (page = 0; page < 8; page ++)
{
OLEDSetPos(page, 0);
for (i = 0; i < 128; i++)
OLEDWriteDat(0);
}
}
再把地址模式OLEDSetPageAddrMode()和清屏函数OLEDClear()放在SPI_GPIO_Init()里，在Makefile加上gpio_spi.o和oled.o。
最后在主函数里加上初始化和显示函数：
三、SPI_FLASH编程_读ID
这节讲解如何使用SPI操作Flash，代码上进行修改，添加一个文件 spi_flash.c 和其头文件 spi_flash.h 。
先做一个最简单的spi操作，读取Flash的ID， SPIFlashID() 。
Flash的ID有厂家ID和设备ID，分别用pMID和pDID来保存。
void SPIFlashReadID(int *pMID, int *pDID)
{
SPIFlash_Set_CS(0); /* 选中SPI FLASH */
SPISendByte(0x90);
SPIFlashSendAddr(0);
*pMID = SPIRecvByte();
*pDID = SPIRecvByte();
SPIFlash_Set_CS(1);
}
把其中的发送24地址封装成了一个函数 SPIFlashSendAddr() :
static void SPIFlashSendAddr(unsigned int addr)
{
SPISendByte(addr >> 16);
SPISendByte(addr >> 8);
SPISendByte(addr & 0xff);
}
依次完成上面的子函数，先是SPI片选，上一节的原理图可以看到SPI Flash的片选是GPG2:
static void SPIFlash_Set_CS(char val)
{
if (val)
GPGDAT |= (1<<2);
else
GPGDAT &= ~(1<<2);
}
SPISendByte() 和前面OLED的是一样的，就不用写了，因此就只剩下 SPIRecvByte() ，放在 gpio_spi.c 里面实现：
unsigned char SPIRecvByte(void)
{
int i;
unsigned char val = 0;
for (i = 0; i < 8; i++)
{
val <<= 1;
SPI_Set_CLK(0);
if (SPI_Get_DI())
val |= 1;
SPI_Set_CLK(1);
}
return val;
}
在每个时钟周期读取DI引脚上的值，对于SOC就是MISO引脚：
static char SPI_Get_DI(void)
{
if (GPGDAT & (1<<5))
return 1;
else
return 0;
}
至此，读取Flash的ID基本实现，最后在主函数里调用打印，分别在串口和OLED上显示：
SPIFlashReadID(&mid, &pid);
printf("SPI Flash : MID = 0x%02x, PID = 0x%02x\n\r", mid, pid);
sprintf(str, "SPI : %02x, %02x", mid, pid);
OLEDPrint(4,0,str);