安富莱250M示波器模块SPI通信协议

armfly

RP2040自带的SPI从机玩不转。官方也一直没有提供相关的范例。PIO范例也只有SPI主机访问串行Flash的。
为此决定自己用PIO做一个SPI从机。


功能需求：
- RP2040作为SPI从机，STM32H750作为主机
- SPI速度希望在50M以上
- 支持片选功能，支持总线复用
- 支持双向传输，一问一答
- 协议上支持从设备忙检测

初步方案:  
1、为了提高应答速度，用3个状态机，1个状态机检测输入， 1个状态机用于输出，1个状态机用于CS片选控制
2、为充分利用FIFO传输效率，通信指令设置为32字节对齐模式。
3、因为输入和输出是独立的状态机，因此双向FIFO可以设置为单向FIFO，FIFO容量提高一倍。
4、M0固件开启DMA通道和FIFO交互

用法注意:
1、pio指令存储器只有32条。因此硬件只能实现字节数据快速移位到GPIO的操作，数据准备工作需要M0固件实现。
2、写-读连发指令是不支持的，在写和读之间主机必须等待或判忙后才能进入连续读状态。
3、片选是必须的，只接一个RP2040模块也需要片选。片选主要功能用于帧同步，避免数错位。

主从通信协议框架:  (M0固件实现）-- 待完善
1、短包指令:
   - 测试指令 :  0x00 + 0x000000  应答: 0x12345678
   - 写寄存器 :  0x01 + 1字节寄存器地址 + 2字节寄存器数据，   应答: 0x01 + 1字节寄存器地址 + 2字节寄存器数据，
   - 读寄存器 :  0x02 + 1字节寄存器地址 + 2字节0x0000,           应答: 0x02 + 1字节寄存器地址 + 2字节寄存器数据，

2、长包指令:
   - 批量发送数据 ：0x03 + 1字节数据含义 + 2字节数据长度，（数据含义: 比如DAC通道1第1包数据，第2包数据等，应用程序自己定义）
        -- 从机应答 ：0x03 + 1字节数据含义 + 2字节从机就绪状态， 如果就绪，则开始批量发送。

   - 批量接收数据 ：0x04 + 1字节数据含义 + 2字节数据长度，（数据含义: 比如示波器通道1第1包数据，第2包数据等，应用程序自己定义)
        -- 从机应答 ：0x04 + 1字节数据含义 + 2字节从机就绪状态， 如果就绪，则开始批量发送。

3、寄存器定义：
   - 寄存器地址8bit，寄存器数据16bit
   - 0x00 ： 产品型号
   - 0x01 ： 硬件版本
   - 0x02 ： 固件版本
   - 0x03 ： 从机状态字 bit待定义
   - 0x04 :   参数访问入口，参数代码2字节  （比如示波器模块的各种校准参数，通过该接口进行读写）
   - 0x05 :   参数访问入口，参数值2字节 （32字节整数或浮点通过2个参数代码组合实现，类似modbus寄存器）

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1. /*-------------------------------------------------------------------------------
   
2.         spi_in  MOSI  RP2040输入数据
   
3. -------------------------------------------------------------------------------*/
   
4. #define spi_in_wrap_target 2    // 循环入口
   
5. #define spi_in_wrap        5    // 循环末尾
   
6. 
   
7. static const uint16_t spi_in_program_instructions[] = {
   
8.     C_MOV  | MOV_DEST_ISR | MOV_SRC_NULL,          // 输入计数器清零同步
   
9.     C_WAIT | WAIT_FOR_0 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_CS,  // 等待CS引脚变为0(平时CS = 1)
   
10.     // 循环入口 2
    
11.     C_WAIT | WAIT_FOR_1 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_SCK, // 等待SCK引脚变为1(平时SCK = 0)
    
12.     C_WAIT | WAIT_FOR_0 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_SCK, // 等待SCK引脚变为0(平时SCK = 0)
    
13.     C_IN   | IN_SRC_PINS | 1, // 读取MISO口线，送到ISR输入移位寄存器,1个bit
    
14.     C_JMP  | IF_PIN, 0        // 如果CS引脚变高时跳到第0个指令   CS 为 EXECCTRL_JMP_PIN.
    
15.     // goto 2
    
16. };
    
17. 
    
18. 
    
19. /*-------------------------------------------------------------------------------
    
20.         spi_out  MISO  RP2040输出数据
    
21. -------------------------------------------------------------------------------*/
    
22. #define spi_out_wrap_target 2    // 循环入口
    
23. #define spi_out_wrap        5    // 循环末尾
    
24. 
    
25. static const uint16_t spi_out_program_instructions[] = {
    
26.     C_MOV  | MOV_DEST_OSR | MOV_SRC_NULL,            // 输出计数器清零同步
    
27.     C_WAIT | WAIT_FOR_0 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_CS,    // 等待CS引脚变为0(平时CS = 1)
    
28.     // 循环入口 2        
    
29.     C_OUT | OUT_DEST_PINS | 1,  // 输出
    
30.     C_WAIT | WAIT_FOR_1 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_SCK,   // 等待SCK引脚变为1(平时SCK = 0)
    
31.     C_WAIT | WAIT_FOR_0 | WAIT_SRC_GPIO | PIN_SCK,   // 等待SCK引脚变为0(平时SCK = 0)
    
32.     C_JMP  | IF_PIN, 0        // 如果CS引脚变高时跳到第0个指令   CS 为 EXECCTRL_JMP_PIN.   
    
33. };
    

复制代码

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哎，测试了。输入方向没问题，50M可以识别采集。
但是输出不行，只能12.5M。  25M就输出错位了。

armfly

优化了一下状态机代码。提前准备好数据bit.， 可稳定在 25M速度。


但是50不行，应答bit和SCK不能同步，有滞后。

Lexmi

armfly 发表于 2022-3-20 02:53
优化了一下状态机代码。提前准备好数据bit.， 可稳定在 25M速度。

有没有可能是硬件连线啥导致的？