- 作者：zzssdd2
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MCU與CPLD之間有3根線，那么可以選擇UART通信或者SPI通信方式。
由于CPLD無(wú)法通知MCU數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始與結(jié)束，MCU需要自行判別，那么MCU可以通過(guò)中斷方式來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_(kāi)始，通過(guò)超時(shí)來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束。
UART與SPI的區(qū)別在于前者是異步通信后者是同步通信方式，不論是SPI還是UART方式都需要MCU通過(guò)IO模擬方式軟件實(shí)現(xiàn)。使用UART傳輸如果收發(fā)雙方產(chǎn)生的波特率存在偏差則會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)，而同步傳輸方式有時(shí)鐘信號(hào)的約束，相比異步傳輸方式數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率會(huì)更高。如果使用軟件模擬UART，需要使用定時(shí)器作為波特率發(fā)生器。如果波特率比較高，那么定時(shí)器中斷頻率就需要更高，這樣會(huì)影響整個(gè)MCU系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。綜合考慮后選擇SPI方式。
CPLD對(duì)MCU只發(fā)送數(shù)據(jù)，那么MCU只需要作為SPI的從機(jī)即可，三個(gè)IO分配為SPI的CS、CLK、DAT引腳。
由于CS是低電平有效，那么將CS引腳配置為中斷輸入方式，當(dāng)CS中斷觸發(fā)后開(kāi)始數(shù)據(jù)接收處理。因?yàn)镃PLD也不知道數(shù)據(jù)傳輸什么時(shí)候結(jié)束，所以無(wú)法通過(guò)將CS置高電平來(lái)告訴數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕Y(jié)束，那么CS置高電平只能表明一個(gè)字節(jié)傳輸結(jié)束。MCU可以通過(guò)超時(shí)方式來(lái)判斷一包數(shù)據(jù)的結(jié)束，類似于串口的空閑中斷方式。
SPI數(shù)據(jù)接收在外部中斷中操作。將CLK引腳配置為外部中斷的上升沿觸發(fā)，CS有效的情況下CLK中斷觸發(fā)后進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。
SPI空閑中斷采用100us周期定時(shí)器判斷。為了MCU系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，只有CS中斷觸發(fā)后才會(huì)開(kāi)啟定時(shí)器，超時(shí)判斷完成后關(guān)閉定時(shí)器。
CPLD向MCU發(fā)送一字節(jié)的時(shí)序圖如下（速率：200KBit/s）：
GPIO的配置：無(wú)數(shù)據(jù)CLK為低電平，CS低有效。CS上升沿、下降沿都會(huì)觸發(fā)中斷，判斷1字節(jié)傳輸?shù)钠鹗寂c結(jié)束；CLK上升沿觸發(fā)中斷，數(shù)據(jù)在CLK上升沿采樣
/*
***********************************************************************************************
* 函 數(shù): BSP_CPLD_GPIO_Init
* 描 述: 配置CPLD的SPI通信引腳
* 輸 入: 無(wú)
* 輸 出: 無(wú)
***********************************************************************************************
*/
void BSP_CPLD_GPIO_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};
/* GPIO Ports Clock Enable */
CPLD_PIN_CLK_ENABLE();
/*Configure GPIO pin : PtPin */
GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_CSN_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING_FALLING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_CSN_PORT, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_SCK_PIN;
GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_IT_RISING;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLDOWN;
HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_SCK_PORT, &GPIO_InitStruct);
GPIO_InitStruct.Pin = CPLD_SPI_DAT_PIN;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_MODE_INPUT;
GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;
HAL_GPIO_Init(CPLD_SPI_DAT_PORT, &GPIO_InitStruct);
}
CPLD_SPI_CS外部中斷函數(shù)：用于使能數(shù)據(jù)接收、空閑檢測(cè)
/*
***********************************************************************************************
* 函 數(shù): CPLD_CS_EXTI_IRQHandler
* 描 述: CPLD_SPI_CS中斷函數(shù)
* 輸 入: 無(wú)
* 輸 出: 無(wú)
***********************************************************************************************
*/
void CPLD_CS_EXTI_IRQHandler(void)
{
if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(CPLD_SPI_CSN_PIN))
{
if (READ_BIT(CPLD_SPI_CSN_PORT->IDR, CPLD_SPI_CSN_PIN))
{
/* CS高失能SPI數(shù)據(jù)接收 */
CLEAR_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN);
}
else
{
/* CS低使能SPI數(shù)據(jù)接收 */
s_tCpldSpi.ucByte = 0;
s_tCpldSpi.ucBitCount = 0;
SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN);
/* 開(kāi)啟空閑檢測(cè) */
if (0 == s_tCpldSpi.ucIdleCheck)
{
s_tCpldSpi.ucIdleCheck = 1;
HAL_TIM_Base_Start_IT(&Tim7Handle);
}
}
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(CPLD_SPI_CSN_PIN);
}
}
CPLD_SPI_SCK外部中斷函數(shù)：用于SPI數(shù)據(jù)的接收
/*
***********************************************************************************************
* 函 數(shù): CPLD_SCK_EXTI_IRQHandler
* 描 述: CPLD_SPI_SCK中斷函數(shù)
* 輸 入: 無(wú)
* 輸 出: 無(wú)
***********************************************************************************************
*/
void CPLD_SCK_EXTI_IRQHandler(void)
{
if (__HAL_GPIO_EXTI_GET_IT(CPLD_SPI_SCK_PIN))
{
/* CSN有效則進(jìn)行數(shù)據(jù)接收 */
if (READ_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN))
{
if (READ_BIT(CPLD_SPI_DAT_PORT->IDR, CPLD_SPI_DAT_PIN))
{
s_tCpldSpi.ucByte |= (0x80 >> s_tCpldSpi.ucBitCount);
}
else
{
s_tCpldSpi.ucByte &= ~(0x80 >> s_tCpldSpi.ucBitCount);
}
/* 收滿一字節(jié)后存向接收FIFO */
if (++s_tCpldSpi.ucBitCount > 7)
{
g_tCpldSpi.ucaRxBuf[g_tCpldSpi.usRxWrite] = s_tCpldSpi.ucByte;
if (++g_tCpldSpi.usRxWrite >= 1024)
{
g_tCpldSpi.usRxWrite = 0;
}
if (g_tCpldSpi.usRxCount < CPLD_SPI_RX_BUF_LEN)
{
g_tCpldSpi.usRxCount++;
}
/* SPI收到新數(shù)據(jù)，設(shè)置一個(gè)標(biāo)記，供應(yīng)用程序查詢 */
SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_RXNE);
}
}
__HAL_GPIO_EXTI_CLEAR_IT(CPLD_SPI_SCK_PIN);
}
}
定時(shí)器中斷函數(shù)：判斷CPLD_SPI空閑中斷的發(fā)生
/*
***********************************************************************************************
* 函 數(shù): TIM7_IRQHandler
* 描 述: 定時(shí)器7中斷函數(shù)，100us中斷周期
* 輸 入: 無(wú)
* 輸 出: 無(wú)
***********************************************************************************************
*/
void TIM7_IRQHandler(void)
{
static uint16_t t100us_cnt = 0;
if (__HAL_TIM_GET_FLAG(&Tim7Handle, TIM_FLAG_UPDATE) &&
__HAL_TIM_GET_IT_SOURCE(&Tim7Handle, TIM_IT_UPDATE))
{
/* CPLD-SPI空閑檢測(cè)，1ms */
if (READ_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_CSN))
{
t100us_cnt = 0;
}
else
{
t100us_cnt++;
}
if (t100us_cnt > 10)
{
/* SPI收到一幀數(shù)據(jù)，設(shè)置一個(gè)標(biāo)記，供應(yīng)用程序查詢 */
SET_BIT(g_tCpldSpi.ucState, CPLD_FLAG_IDLE);
#if ENABLE_RTOS
tx_event_flags_set(&tx_event_flags, TX_EVENT_CPLD_SPI_IDLE, TX_OR);
#endif
s_tCpldSpi.ucIdleCheck = 0;
HAL_TIM_Base_Stop_IT(&Tim7Handle);
}
__HAL_TIM_CLEAR_IT(&Tim7Handle, TIM_IT_UPDATE);
}
}
經(jīng)多次發(fā)送固件數(shù)據(jù)驗(yàn)證，MCU均能正常接收數(shù)據(jù)，并且沒(méi)有出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的情況，可用于該項(xiàng)目。
該方法也可以用于實(shí)現(xiàn)模擬UART功能，僅提供思路，未經(jīng)過(guò)驗(yàn)證（以115200,8-N-1為例）。
使用該UART方式優(yōu)勢(shì)在于比SPI方式使用更少的引腳，只需要1個(gè)IO即可完成通信。缺點(diǎn)在于如果要求通信速率高或需要多次采樣，那么產(chǎn)生波特率的定時(shí)器中斷頻率高，如果被其他更高優(yōu)先級(jí)中斷打斷可能造成波特率不準(zhǔn)，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。還有就是UART方式在數(shù)據(jù)通信速率上沒(méi)有SPI有優(yōu)勢(shì)。不到萬(wàn)不得已不建議使用軟件UART方式。
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