FlexIO模拟连续模式下的SPI从机设备

NXP管管

FlexIO模拟连续模式下的SPI从机设备

FlexIO是广泛应用于恩智浦微控制器上的外设，凭借高度的灵活性和可配置性，可以用来模拟常见的UART、I2C、I2S、SPI等接口。当片上的外设资源不够用时，使用FlexIO进行模拟也是很实用的方法。

本文的介绍来自于真实客户需求，即一个榨干了i.MX RT1010所有外设资源后不得不用FlexIO模拟SPI从机协议，不得不让SPI从机工作在连续模式，以及从机不知道主机会传给从机多少个数据的案例。

问题的提出

首先介绍我们要实现的目标，在i.MX RT1010上使用FlexIO模拟SPI Slave 设备，在连续模式下接收动态大小数据帧。
硬件平台就是我们的RT1010 EVK开发板了，软件环境是SDK 2.9.1，工程开发基于edma_lpspi_transfer 中slave项目进行开发，具体路径如下：
boards\evkmimxrt1010\driver_examples\flexio\spi\edma_lpspi_transfer\slave

本次模拟的SPI从机是工作在CPOL=0 & CPHA=0的工作状态。

在阅读下面的内容前，建议学习AN12780作为基础，AN12780介绍了如何使用FlexIO模拟非连续模式下的SPI方法。

本次连续模式的开发也是基于非连续模式的方法进行改动后实现的。

连续模式下SPI从机设置

连续模式与非连续模式的区别在于，SPI在传输完一个byte（也可以是多个byte，此处为方便描述，使用1个byte）数据后，是否需要拉高片选信号(CS)；连续模式下，传输完一个byte后不拉高片选信号。因此需要在非连续模式的基础上进行一些改动。

首先Timer0需要在CS pin拉高时关闭，即CS pin的上升沿时关闭。其次，Timer0在传输数据帧传输过程中需要一直开启。此时的数据帧不是特指1个byte的数据，而是广泛的指一个或多个byte组成的数据帧。

然而，因为Timer0无法在一帧数据的最后关闭——CS信号拉高总是晚于最后一个数据的收发——这意味着，总会在最后一个字符的最后一位传输后发生一次额外的加载。请注意下图中用绿色标记的地方。

额外加载的原因在于当shifter工作在发送模式时，Timer计满之后将会从SHIFBUF加载新的数据到TX shifter。这意味在下一轮数据传输时，一个无效的数字将会被传输。

实际上，这个额外的加载在数据帧的每一个字符传输过程中都会发生，但是因为工作在连续模式，因此不会出现异常。

对于RX shifter, 它将会在CS拉高的时候触发一次额外的存储事件。因为当CS拉高的时候，Timer会被关闭，此时RX shifter将会把shifter内的数据存储到SHIFBUF中，随后马上发起了新的一次DMA搬运。这意味着一个无效的数据被存储并且该数据通常是0。

为了避免这些问题，清空shifter内的数据即可解决问题。因为FlexIO模块没有相关的bit可以清空shifter寄存器的功能，所以可以使用下面的方法实现清空shifter的功能。

TXshifter：关闭shifter后再次配置为TX 模式，对应的shifter内数据即可清空。

RXshifter：读一下shifter对应的buffer寄存器，shifter内的数据即可清空。

在例程代码中，shifter0是TX移位器，shifter1是RX移位器。因此在完成一帧数据的传输后，调用下面的接口函数即可实现共两个shifter数据的清空。

void FLEXIO_SPI_FlushShifters(FLEXIO_SPI_Type *base)
{
    volatile uint32_t tmp;
    base->flexioBase->SHIFTCTL[base->shifterIndex[0]] &= ~FLEXIO_SHIFTCTL_SMOD_MASK;
    base->flexioBase->SHIFTCTL[base->shifterIndex[0]] |= FLEXIO_SHIFTCTL_SMOD(kFLEXIO_ShifterModeTransmit);
    tmp = base->flexioBase->SHIFTBUF[base->shifterIndex[1]];
    __DSB();
}
下面的表格介绍了Timer0的具体设置，用红色高亮标记的地方是区别于非连续模式的设置，完成更改之后即可实现从机在连续模式下工作。

1. 因为pin Polarity 设置为active low, 所以时序极性发生改变，因此使能信号为上升沿（真实的输入使能信号为下降沿）。

RX shifter的设置为：

此时，我们便可以让从机设备工作在连续工作模式了，另外各位小伙伴还要记得，这种连续工作模式，是有一点点不太完美的瑕疵的，就是额外的加载事件，因此要记得在每次数据接收完毕之后，要用上文提到的shifter清洁函数刷新shifter的内容哦。

连续模式下SPI从机

接收动态帧大小的设置

SDK默认例程中，DMA被用来搬运数据以提升效率。但是DMA中断通常是在接收到一定数量的数据后产生。

但在实际的应用中，每帧传输的数据大小可能不是固定的，从机也不知道在一帧数据中有多少数据。在这种未知一帧数据大小的情况下，使用DMA接收到固定数量的数据后产生中断的方法不能满足实际需求。

在LPSPI传输过程中，CS引脚的下降沿表示传输开始，CS引脚的上升沿表示传输结束。因此，从机可以通过检测CS引脚的上升沿和下降沿来知道一帧数据已经完成传输。

为了实现这个功能，可以增加一个定时器（Timer）来检测CS引脚的状态。

基本方法是让定时器在16位计数器模式下工作，计数值为0。这意味着一旦定时器超时，它会产生一个比较事件，并会产生一个FLEXIO中断。从机再处理此中断并且解析接收数据的数量。

现在，有两个问题。第一个是定时器何时启用（timer enables source）以及定时器递减源(timer decrement source)是什么，第二个是从机如何知道它使用DMA 接收了多少数据。

对于第一个问题，定时器可以通过引脚的下降沿或触发信号的下降沿使能。关于定时器递减源，引脚输入递减或触发输入递减均可使用。定时器可以通过CS引脚的下降沿使能，然后当CS引脚上升时，比较事件（compare envet）发生，同时产生FlexIO中断。除此之外，定时器还需要在定时器比较事件时关闭。

下表描述了使用pin下降沿作为定时器使能递减源的具体配置。

1. 因为pin Polarity 设置为active low, 所以时序极性发生改变，因此使能信号为上升沿（真实的输入使能信号为下降沿）。
下表描述了使用trigger下降沿作为定时器使能递减源的具体配置：

1. 因为trigger Polarity 设置为active low, 所以时序极性发生改变，因此使能信号为上升沿（真实的输入使能信号为下降沿）。
第二个问题是从机如何知道它使用DMA接收了多少数据。下面的这个接口函数API可以用来实现这个功能：


static inline status_t FLEXIO_SPI_SlaveTransferGetCountEDMA(FLEXIO_SPI_Type *base,
                                                            flexio_spi_slave_edma_handle_t *handle,
                                                            size_t *count)
对于这个API函数，有两点需要注意。
第一点是这个API的注释描述不是很准确（将会在SDK 2.11.0版本进行更新）。这个API的功能是：获取当前通过FlexIO SPI DMA的方法，接收到的数据数量。

第二点是这个API返回的结果（count，API中第三个参数）不能直接使用，正如上文所述，因为在CS拉高的时候会触发额外的一次DMA搬运。

因此，接收到的数据大小应该是：
size = count - 1; //The count is the thirdparameter on API

在获取数据帧大小后，需要使用下面的API终止FlexIO SPI DMA的传输。但是现在，这个API实现的功能是暂停传输而不是终止传输。这意味着这个API需要进行一些改动才能满足要求。这个问题将会在SDK 2.11.0进行更新。

void FLEXIO_SPI_SlaveTransferAbortEDMA(FLEXIO_SPI_Type *base,flexio_spi_slave_edma_handle_t *handle)
在fsl_flexio_spi_edma.c 的第409 和 410行使用下面的代码替代即可。

EDMA_AbortTransfer(handle->txHandle);
EDMA_AbortTransfer(handle->rxHandle);
解决这两个问题后，从机就可以接收数据大小变化的数据帧了。但是在这种情况下仍然有一个限制，即帧的大小应小于或等于 DMA 可接收的数量。

例程代码运行

在运行代码之前，EVK板需要进行一定的改动：
去掉电阻R90，使用0Ω电阻焊接到R800。
按照下面的设置将SPI的主机和从机连接起来。

具体实现代码可以在应用笔记的附件中找到，打开edma_lpspi_transfer slave 工程，使用附件中的文件替换。具体路径为：

boards\evkmimxrt1010\driver_examples\flexio\spi\edma_lpspi_transfer\slave

在默认设置下，主机将向从机发送16个字节，从机将产生一个FlexIO中断。从站可以接收的最大数量为64字节。

用户可以更改以下参数来配置主机发送数据帧的大小。

masterXfer.dataSize = TRANSFER_SIZE;

下图是连续模式下SPI数据传输的波形图。在一帧数据完成发送/接收后，将会进行一次简单的校验。如果校验通过，在串口终端输入任意一个字符即可开启新的一轮数据传输。

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stm1024

这个FlexIO和Flexcomm啥关系？是不是同一个东西啊？