Autosar MCAL-SPI配置及使用

前言

在Autosar标准中，SPI做为标准的通信模块，在与外设进行通讯时，经常会使用到。本文首先简单介绍SPI协议，然后详细介绍SPI在Autosar配置软件中的配置及使用。对应单片机为TC27x

SPI协议基础

网上关于SPI协议介绍有很多，具体可以自行查阅。
常用SPI通信一般由四根线组成，它们是SDI（数据输入），SDO（数据输出），SCK（时钟），CS（片选）。

SDO – 主设备数据输出，从设备数据输入 对应MOSI master output slave input

SDI – 主设备数据输入，从设备数据输出 对应MISO master input slave output

SCLK – 时钟信号，由主设备产生

CS – Chip Select,从设备使能信号，由主设备控制

CS: 其中CS是控制芯片是否被选中的，也就是说只有片选信号为预先规定的使能信号时（高电位或低电位），对此芯片的操作才有效，这就允许在同一总线上连接多个SPI设备成为可能。

SDI/SDO/SCLK: 通讯是通过数据交换完成的，这里先要知道SPI是串行通讯协议，也就是说数据是一位一位的传输的。这就是SCK时钟线存在的原因，由SCK提供时钟脉冲，SDI，SDO则基于此脉冲完成数据传输。数据输出通过 SDO线，数据在时钟上升沿或下降沿时改变，在紧接着的下降沿或上升沿被读取。完成一位数据传输，输入也使用同样原理。这样，在至少8次时钟信号的改变（上沿和下沿为一次），就可以完成8位数据的传输。

要注意的是，SCK信号线只由主设备控制，从设备不能控制信号线。同样，在一个基于SPI的设备中，至少有一个主控设备。

当SPI主设备想读/写从设备时，它首先拉低从设备对应的CS线（如果CS是低电平有效）。接着开始发送工作脉冲到时钟线上，在相应的脉冲时间上，主设备把数据信号按位发到MOSI实现“写”，同时可对MISO采样而实现“读”。如下图所示：

注意：此图只是示例，不代表所有SPI的情况，因为输出和采样的边沿可能会变化。

Autosar SPI

专有名词

缩写	含义
EB	外部缓冲通道。包含要传输的数据的缓冲区在SPI处理程序/驱动程序之外
IB	内部缓冲通道。包含要传输的数据的缓冲区位于SPI处理程序/驱动程序内部。
Channel	SPI最小单元，其中可以配置传输长度，通道类型等。
Job	一个Job是由一个或几个具有相同Chip Select(在Job处理期间不释放)的channel组成的。Job被认为是原子的，因此不能被另一个Job中断。Job具有指定的优先级。
Sequence	Sequence是要传输的连续Job的数量，但可以使用优先级机制在作业之间重新调度。Sequence传输是可中断的(被另一个Sequence传输)，或者不依赖于静态配置。
LEVEL 0	简单同步SPI处理器/驱动程序:通信基于同步处理，采用FIFO策略处理多个访问。缓冲区的使用是可配置的，以优化和/或利用HW功能
LEVEL 1	基本异步SPI处理器/驱动程序:通信基于异步行为，并具有优先级策略来处理多个访问。缓冲区的使用是可配置的“简单同步”级别
LEVEL 2	增强的(同步/异步)SPI处理器/驱动程序:通信基于异步行为或同步处理，在执行期间使用可选择的中断或轮询机制，并具有优先级策略来处理多个访问。与其他级别一样，缓冲区的使用也是可配置的

下图很好的说明了Channel，Job，Sequence三者之间的关系：

一个Job可以包括多个CS相同的Channel,一个Sequence可以包含多个CS不同的Job.

SpiDriver

SpiDriver中需要配置时钟，其他都是自动生成的

cfg中配置：

SpiChannel

SpiChannelId

Autosar标准配置项，一般为自动生成

cfg中配置：

SpiChannelType

选择通道类型，IB/EB

cfg中配置：

SpiDataWidth

该参数表示传输数据单元的宽度。需要根据实际通信需求修改。


cfg中配置：

SpiDefaultData

当(对于内部缓冲区或外部缓冲区)传递给Spi_WriteIB(对于内部缓冲区)或Spi_SetupEB(对于外部缓冲区)的指针为NULL时，传输的默认数据



cfg中配置：

SpiEbMaxLength

在选择为EB通道的情况下，此参数仅包含数据缓冲区的最大大小(数据元素数量)。

依赖项:SPI_CHANNEL_TYPE参数必须为该通道配置为EB。


SPI_CHANNEL_BUFFERS_ALLOWED参数必须配置为1或2。


cfg中配置：

SpiIbNBuffers

该参数用于设置IB模式下的最大数据缓冲区数量

依赖项: SPI_CHANNEL_TYPE参数必须为该通道配置为IB。SPI_CHANNEL_BUFFERS_ALLOWED参数必须配置为0或2

此处我们没有选择用IB，所以不用配置该项

SpiTransferStart

此参数定义传输的第一个起始位。LSB-低位先传输，MSB-高位先传输。具体选择哪种需要看具体的应用场景。


cfg中配置：

SpiExternalDevice

通信外部设备的设置。与SpiJob密切相关,会被SpiJob引用。

SpiBaudrate

配置波特率。

cfg中配置：

SpiAutoCalcBaudParams

此配置不是Autosar标准配置。用来启用或不启用qspi波特率参数的自动计算。如果参数设置为TRUE，则配置工具将根据参数SpiBaudrate自动生成波特率参数（TQ、Q、A、B、C）。该项配置后，TQ、Q、A、B、C可以不配置。


cfg中配置：

SpiCsIdentifier

此参数是标识分配给该Job的Chip Select (CS)的符号名称。

此处CS信号我们没有选择在SPI中配置，而是直接通过配置PORT实现。

所以该配置不需要配。

SpiCsPolarity

配置片选信号的激活时的电平。


cfg中配置：

SpiCsSelection

当芯片选择处理被启用时(参见SpiEnableCs)，那么这个参数指定芯片选择是由外设HW引擎自动处理还是通过Spi驱动程序的通用IO处理

一般都会选择CS_VIA_PERIPHERAL_ENGINE，除非对应的IO被异常占用。


cfg中配置：

SpiDataShiftEdge

此参数定义SPI数据移位边缘。数据可以在移位时钟的前沿或后沿上移位
对于一个时钟周期内，有两个edge，分别称为：

(1)Leading edge=前一个边沿=第一个边沿，对于开始电压是1，


那么就是1变成0的时候，对于开始电压是0，那么就是0变成1的时候；


(2)Trailing edge=后一个边沿=第二个边沿，对于开始电压是1，


那么就是0变成1的时候（即在第一次1变成0之后，才可能有后面的0变成1），
对于开始电压是0，那么就是1变成0的时候

在SPI协议中，有类似的定义为CPHA

CKPHA (Clock Phase) = CPHA = PHA = Phase = （时钟）相位

**不太一样的是，SpiDataShiftEdge是指的数据传输，CPHA指的是数据采样。**不过一个确定后，另外一个边沿也就跟着确定了。

cfg中配置：

SpiEnableCs

启用或禁用Chip Select处理功能。如果该参数被启用，那么参数SpiCsSelection进一步详细说明了芯片选择的类型

cfg中配置：

SpiIdleTime

此参数是QSPI硬件定义的IDLEA/IDLEB时间（以秒为单位）。此参数用于计算Qspi硬件延迟参数IPRE和IDLE。参数的单位为秒。

该配置需要参考具体的外设使用


cfg中配置：

SpiParitySupport

当选择SpiParitySupport时，SPI数据传输/接收包含一个额外的位，使奇偶校验基于选择为偶数EVEN或奇数ODD。此处我们没有使用该功能


cfg中配置：

SpiShiftClockIdleLevel

此参数定义SPI移位时钟空闲电平，在SPI中一般又称为极性CPOL

CKPOL (Clock Polarity) = CPOL = POL = Polarity = （时钟）极性



cfg中配置：

SpiTimeClk2Cs

时钟和芯片选择CS之间的计时(以秒为单位)，在英飞凌手册中也称为leading delay-此参数允许使用从0到0.0001秒的值范围。该配置需要参考具体的外设使用

cfg中配置：

SpiTrailingTime

此参数是QSPI硬件定义的Trailing时间（以秒为单位）在英飞凌手册中也称为trailing delay。该参数用于计算Qspi硬件延迟参数TPRE和TRAIL。该配置需要参考具体的外设使用

cfg中配置：

延时时间参数可以参考寄存器BACON中的对应位。

SpiHwUnit

配置对应的硬件单元，该配置需要跟实际原理图对应起来。

SpiJob

SpiJobEndNotification

此参数是通知函数的引用。如果配置了Notification，则在job结束后会调用对应的函数



cfg中配置：

SpiJobId

一般自动生成该ID。


cfg中配置：

SpiJobPriority

根据SPI093设置优先级:0，最低，3，最高优先级


cfg中配置：

SpiDeviceAssignment

关联对应的 external device


cfg中配置：

SpiHwUnitSynchronous

配置job是同步还是异步
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-I5MJRgTm-1671969044120)(https://files.mdnice.com/user/30966/bccc6c8e-2ddd-45a9-8884-2818813f73ec.png)]

SpiChannelList

配置job中的channel，一个job至少有一个channel

SpiSequence

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-UQcm8SQo-1671969044120)(https://files.mdnice.com/user/30966/bd48e71f-bba9-4b00-82c0-27fff039e5be.png)]

SpiInterruptibleSequence

此参数允许或不允许此序列被另一个序列挂起。依赖:这个SPI_INTERRUPTIBLE_SEQ_ALLOWED参数被配置为ON。


cfg中配置：

SpiSeqEndNotification

此参数是通知函数的引用。



cfg中配置：

SpiSequenceId

一般自动生成此参数


cfg中配置：

SpiJobAssignment

配置关联的job


cfg中配置：

SpiGeneral

SpiAsyncParallelTransmit

用于启用/禁用仅在Level 1和Level 2可编辑的并行异步传输

通过启用SpiAsyncParallelTransmit，限制适用于Autosar的使用。

Sequence不能包含属于不同QSPI模块的Job。

这个配置没用过


cfg中配置：

SpiBaudrateConfigAtRuntime

波特率配置选择是在Spi_Init()还是在运行时启动new job之前，一般不勾选

cfg中配置：

SpiCancelApi

选择是否开启Spi_Cancel()函数，该函数用来取消指定的正在进行的序列传输。

cfg中配置：

SpiChannelBuffersAllowed

选择允许和传递的SPI处理器/驱动程序通道缓冲区使用情况

如果通道使用IB,则选择0，如果通道使用EB，则选择为1，若两种都有使用，则选择2



cfg中配置：

SpiHwStatusApi

选择是否开启Spi_GetHWUnitStatus函数，此函数返回指定SPI硬件微控制器外围设备的状态


cfg中配置：

SpiInterruptibleSeqAllowed

打开或关闭可中断序列处理功能

SPI_LEVEL_DELIVERED需要配置为1或者2，sequence中也有对应的配置SpiInterruptibleSequence



cfg中配置：

SpiLevelDelivered

SpiLevelDelivered为0（LEVEL0）：驱动程序仅处理所有可用SPI总线（QSPIx）上的简单同步传输


SpiLevelDelivered为1（LEVEL1）：驱动程序仅处理所有可用SPI总线（QSPIx）上的简单异步传输


SpiLevelDelivered是2级（LEVEL2）：LEVEL2是驱动程序的增强行为，将处理同步和异步传输

一般都配置为2


cfg中配置：

SpiMaxJobTriggerQueueLength

队列中job的最大个数


cfg中配置：

其他配置项不是很重要，默认即可

SpiHwConfiguration

配置SpiHwDmaConfiguration，即对应的发送和接收的DMA通道

TC27x有四路QSPI

记得在MCU中将DMA选择为SPI USE

SPI使用

此处我们SPI使用异步调用，中断方式。需要在OS中配置DMA，SPI的相关中断。

在EcuMDriverInitListOne中增加Spi_Init函数

在需要使用SPI的外设驱动CDD的初始化函数中，调用:

	Spi_SetAsyncMode(SPI_ASYNC_MODE_INTERRUPT);

通过Spi_SetupEB函数设置发送和接收的数据，然后通过Spi_AsyncTransmit函数发送Sequence

对于Spi_SetupEB函数，使用方法如下：

Std_ReturnType Spi_SetupEB ( 
  Spi_ChannelType Channel, 
  const Spi_DataBufferType* SrcDataBufferPtr, 
  Spi_DataBufferType* DesDataBufferPtr, 
  Spi_NumberOfDataType Length 
)

Channel-配置的通道，一般会自动生成宏定义

SrcDataBufferPtr-输出的数据buffer指针

DesDataBufferPtr-输入的数据buffer指针

Length-发送或接收的数据长度

对于Spi_AsyncTransmit：

总结

本文没有太多参考芯片手册，其实有时间应该再多看看芯片手册，理解的会更深刻一些。最近越来越觉得思路方法很重要，只要有想法，干就完了~

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