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[RISC-V MCU 应用开发] 第五十二章、CH32V103应用教程——SPI-CRC校验

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 楼主| RISCVLAR 发表于 2021-1-13 17:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
spi, CRC, IO, ni, ST
本帖最后由 RISCVLAR 于 2021-1-13 17:21 编辑

CH32V103应用教程——SPI-CRC校验

本章教程主要在SPI通信方式下使用CRC校验以保证通信的可靠性。

1、SPI简介及相关函数介绍
关于SPI CRC校验，其用于保证全双工通信的可靠性。数据的发送和接收分别使用单独的CRC计算器。通过对每一个接收位进行可编程的多项式运算来计算CRC。CRC的计算是在由SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）中的CPHA和CPOL位定义的采样时钟边沿进行的。
注意：该SPI接口提供了两种CRC计算方法，取决于所选的发送和/或接收的数据帧格式：8位数据帧采用CR8；16位数据帧采用CRC16。
CRC计算是通过设置SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）中的CRCEN位启动的。设置CRCEN位时同时复位SPI接收CRC寄存器和SPI发送CRC寄存器(SPIx_RCRCR和SPI_TCRCR)。当设置了SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）的CRCNEXT位， SPI_TCRCR的内容将在当前字节发送之后发出。
在传输SPI_TCRCR的内容时，如果在移位寄存器中收到的数值与SPI_RCRCR的内容不匹配，则SPI_SR寄存器的CRCERR标志位被置1。
如果在TX缓冲器中还有数据， CRC的数值仅在数据字节传输结束后传送。在传输CRC期间，CRC计算器关闭，寄存器的数值保持不变。

SPI通信可以通过以下步骤使用CRC：
● 设置CPOL、CPHA、LSBFIRST、BR、SSM、SSI和MSTR的值；
● 在SPI_CRCR寄存器输入多项式；
● 通过设置SPIx_CTLR1寄存器CRCEN位使能CRC计算，该操作也会清除寄存器SPI_RCRCR和SPI_TCRCR；
● 设置SPIx_CTLR1寄存器的SPE位启动SPI功能；
● 启动通信并且维持通信，直到只剩最后一个字节或者半字；
● 在把最后一个字节或半字写进发送缓冲器时，设置SPIx_CTLR1的CRCNEST位，指示硬件在发送完成最后一个数据之后，发送CRC的数值。在发送CRC数值期间，停止CRC计算；
● 当最后一个字节或半字被发送后，SPI发送CRC数值， CRCNEST位被清除。同样，接收到的CRC与SPI_RCRCR值进行比较，如果比较不相配，则设置SPI_SR上的CRCERR标志位，当设置了SPIx_CTLR2寄存器的ERRIE时，则产生中断。
注意：当SPI模块处于从设备模式时，请注意在时钟稳定之后再使能CRC计算，否则可能会得到错误的CRC计算结果。事实上，只要设置了CRCEN位，只要在SCK引脚上有输入时钟，不管SPE位的状态，都会进行CRC的计算。
当SPI时钟频率较高时，用户在发送CRC时必须小心。在CRC传输期间，使用CPU的时间应尽可能少；为了避免在接收最后的数据和CRC时出错，在发送CRC过程中应禁止函数调用。必须在发送/接收最后一个数据之前完成设置CRCNEXT位的操作。
当SPI时钟频率较高时，因为CPU的操作会影响SPI的带宽，建议采用DMA模式以避免SPI降低的速度。
当CH32V103配置为从模式并且使用了NSS硬件模式，NSS引脚应该在数据传输和CRC传输期间保持为低。
当配置SPI为从模式并且使用CRC的功能，即使NSS引脚为高时仍然会执行CRC的计算(译注：当NSS信号为高时，如果SCK引脚上有时钟脉冲，则CRC计算会继续执行)。例如：当主设备交替与多个从设备进行通信时，将会出现这种情况(译注：此时要想办法避免CRC的误操作)。
在不选中一个从设备(NSS信号为高)转换到选中一个新的从设备(NSS信号为低)的时候，为了保持主从设备端下次CRC计算结果的同步，应该清除主从两端的CRC数值。
按照下述步骤清除CRC数值：
1. 关闭SPI模块(SPE=0);
2. 清除CRCEN位为’0’；
3. 设置CRCEN位为’1’；
4. 使能SPI模块(SPE=1)。

2、硬件设计
本章教程主要在第46章基础上进行，需用到两个开发板，主设备使用MOSI引脚，从设备使用MISO引脚进行通讯。此处使用外设为SPI1，主设备MOSI对应引脚为PA7引脚，从设备MISO对应引脚为PA6引脚，将主设备PA7引脚与从设备PA6引脚连接起来，此外还需将两个开发板SPI1对应的SCK引脚PA5连接起来。
此外，由于两个开发板需要同时进行上电传输，因此将两个开发板的3.3V引脚和GND引脚进行连接。

3、软件设计
本章教程主要在第46章基础上进行，增加了CRC校验步骤，具体程序如下：
spi.h文件
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  1. #ifndef __SPI_H
    

  2. #define __SPI_H
    


  3. 

  4. #include "ch32v10x_conf.h"
    


  5. 

  6. /* SPI Mode Definition */
    

  7. #define HOST_MODE    0
    

  8. #define SLAVE_MODE   1
    


  9. 

  10. /* SPI Communication Mode Selection */
    

  11. #define SPI_MODE   HOST_MODE
    

  12. //#define SPI_MODE   SLAVE_MODE
    


  13. 

  14. #define  Size  4
    


  15. 

  16. extern u16 TxData[Size];
    

  17. extern u16 RxData[Size];
    


  18. 

  19. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void);
    


  20. 

  21. #endif
spi.c文件
复制
  1. #include "spi.h"
    


  2. 

  3. /* Global Variable */
    


  4. 

  5. u16 TxData[Size] = { 0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
    

  6. u16 RxData[Size];
    


  7. 

  8. /*******************************************************************************
    

  9. * Function Name  : SPI_1Lines_HalfDuplex_Init
    

  10. * Description    : Configuring the SPI for half-duplex communication.
    

  11. * Input          : None
    

  12. * Return         : None
    

  13. *******************************************************************************/
    

  14. void SPI_1Lines_HalfDuplex_Init(void)
    

  15. {
    

  16.     GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    

  17.     SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
    


  18. 

  19.     RCC_APB2PeriphClockCmd( RCC_APB2Periph_GPIOA | RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE );
    


  20. 

  21. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  22.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    

  23.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  24.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  25.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  26. 

  27.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7;
    

  28.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    

  29.     GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    

  30.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  31. 

  32. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  33.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5;
    

  34.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  35.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    


  36. 

  37.     GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
    

  38.     GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    

  39.     GPIO_Init( GPIOA, &GPIO_InitStructure );
    

  40. #endif
    


  41. 


  42. 

  43. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  44.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Tx;
    

  45.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
    


  46. 

  47. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  48.     SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_1Line_Rx;
    

  49.     SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Slave;
    


  50. 

  51. #endif
    


  52. 

  53.     SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_16b;
    

  54.     SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_High;
    

  55.     SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
    

  56.     SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
    

  57.     SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_64;
    

  58.     SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
    

  59.     SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
    

  60.     SPI_Init( SPI1, &SPI_InitStructure );
    


  61. 

  62.     SPI_CalculateCRC( SPI1, ENABLE );  //开启CRC计算
    

  63.     SPI_Cmd( SPI1, ENABLE );
    

  64. }
spi.c文件主要包括1个函数：SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数。SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数主要进行主机发送从机接收配置。在这种配置下，主机需要用到SCK引脚和MOSI引脚，从机需要用到SCK引脚和MISO引脚，此处，由于用到SPI1，对应SCK引脚为PA5，MOSI引脚为PA7，MISO引脚为PA6，因此，在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中首先对主机和从机对应GPIO引脚进行初始化配置，此处需要注意，由于是主机发送从机接收，需要将PA7设置为复用推挽输出模式，PA6设置为浮空输入模式。此外，由于主机作为发送，从机作为接收，此处在SPI_1Lines_HalfDuplex_Init函数中需要对SPI进行主机发送和从机接收初始化配置，此配置可根据CH32V103应用手册主模式和从模式配置步骤进行，主要对SPI通信的通信方向、主从模式、数据帧大小、时钟极性、时钟相位、NSS引脚使用方式、波特率等进行配置，可对照手册参考标准库函数ch32v10x_spi.c文件中SPI_Init函数进行配置。
main.c文件
复制
  1. /********************************** (C) COPYRIGHT *******************************
    

  2. * File Name          : main.c
    

  3. * Author             : WCH
    

  4. * Version            : V1.0.0
    

  5. * Date               : 2020/04/30
    

  6. * Description        : Main program body.
    

  7. *******************************************************************************/
    


  8. 

  9. #include "debug.h"
    

  10. #include "spi.h"
    


  11. 

  12. /*
    

  13.  *@Note
    

  14. 使用CRC错误校验，Master/Slave 模式收发例程：
    

  15. Master：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MOSI(PA7)。
    

  16. Slave ：SPI1_SCK(PA5)、SPI1_MISO(PA6)。
    


  17. 

  18. 本例程演示使用CRC错误校验，Master 发，Slave 收。
    

  19. 注：两块板子分别下载 Master 和 Slave 程序，同时上电。
    

  20.        硬件连线：PA5 —— PA5
    

  21.             PA7 —— PA6
    


  22. 

  23. */
    

  24. /*******************************************************************************
    

  25. * Function Name  : main
    

  26. * Description    : Main program.
    

  27. * Input          : None
    

  28. * Return         : None
    

  29. *******************************************************************************/
    

  30. int main(void)
    

  31. {
    

  32.     u8 i=0,crcval;
    


  33. 

  34.     NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);
    

  35.     Delay_Init();
    

  36.     USART_Printf_Init(115200);
    

  37.     printf("SystemClk:%d\r\n",SystemCoreClock);
    


  38. 

  39.     SPI_1Lines_HalfDuplex_Init();
    


  40. 

  41. #if (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  42.     printf("SLAVE Mode\r\n");
    

  43.     Delay_Ms(1000);
    


  44. 

  45. #endif
    


  46. 

  47. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  48.     printf("HOST Mode\r\n");
    

  49.     Delay_Ms(2000);
    


  50. 

  51. #endif
    


  52. 

  53.     while(1)
    

  54.     {
    

  55. #if (SPI_MODE == HOST_MODE)
    

  56.         while( i<4 )
    

  57.         {
    

  58.             if( i<3 )
    

  59.             {
    

  60.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )  //发送缓冲区非空
    

  61.                 {
    

  62.                     SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] );  //发送数据
    

  63.                     i++;
    

  64.                 }
    

  65.             }
    

  66.       else
    

  67.             {
    

  68.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )  //发送缓冲区非空
    

  69.                 {
    


  70. 

  71.                     //SPI_TransmitCRC函数通过控制SPIx_CTLR1寄存器的CRCNEXT位实现，当将CRCNEXT位置1，SPIx_TCRCR寄存器的内容将在当前字节发送之后发出。
    

  72.                     SPI_TransmitCRC( SPI1 );
    


  73. 

  74.                     SPI_I2S_SendData( SPI1, TxData[i] );  //发送数据
    

  75.                     i++;
    

  76.                 }
    

  77.             }
    

  78.         }
    


  79. 

  80.         while( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE ) != RESET )  //发送缓冲区非空
    

  81.         {
    

  82.             if(SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_BSY ) == RESET)  //SPI不在通讯状态
    

  83.             {
    

  84.                 SPI_Cmd( SPI1, DISABLE );
    

  85.                 crcval = SPI_GetCRC( SPI1, SPI_CRC_Tx );  //获取SPI1发送CRC寄存器的值
    

  86.                 printf( "CRC:%02x\r\n", crcval );
    

  87.                 while(1);
    

  88.             }
    

  89.         }
    


  90. 

  91. #elif (SPI_MODE == SLAVE_MODE)
    

  92.         while( i<4 )
    

  93.         {
    


  94. 

  95.             if( i<3 )
    

  96.             {
    

  97.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )  //接收缓冲区为空
    

  98.                 {
    

  99.                     RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );  //接收数据
    

  100.                     i++;
    

  101.                 }
    

  102.             }
    

  103.             else if( i == 3)
    

  104.             {
    

  105.                 //在发送或者接收最后一个数据之前需将SPI控制寄存器1（SPIx_CTLR1）CRCNEXT位置1
    

  106.                 SPI_TransmitCRC( SPI1 );
    


  107. 

  108.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
    

  109.                 {
    

  110.                     RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
    

  111.                     i++;
    

  112.                 }
    

  113.             }
    

  114.             else
    

  115.             {
    

  116.                 if( SPI_I2S_GetFlagStatus( SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE ) != RESET )
    

  117.                 {
    

  118.                     RxData[i] = SPI_I2S_ReceiveData( SPI1 );
    

  119.                     i++;
    

  120.                 }
    

  121.             }
    

  122.         }
    


  123. 

  124.         crcval = SPI_GetCRC( SPI1, SPI_CRC_Rx );  //获取SPI1接收CRC寄存器的值
    

  125.         printf( "CRC:%02x\r\n", crcval );
    


  126. 

  127.         for( i=0; i<4; i++ )
    

  128.         {
    

  129.             printf( "Rxdata:%02x\r\n", RxData[i] );
    

  130.         }
    


  131. 

  132.         while(1);
    


  133. 

  134. #endif
    

  135.     }
    

  136. }
main.c文件主要进行主机和从机下的数据发送和接收。并将接收数据与发送数据进行对比，当发送数据与接收数据相同，输出same，若不同，输出different。

4、下载验证
将编译好的程序分别在主机模式和从机模式下下载到两个开发版，并将主机的引脚与从机的引脚一一对应进行连接，开发板上电后，串口打印如下：
主机打印：
图片2.png
从机打印：
图片3.png


  

51、SPI-CRC.rar

467.53 KB, 下载次数: 228
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gejigeji521 发表于 2021-2-22 12:01 | 显示全部楼层
工作以来，还没用过CRC，看看怎么用。
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单片小菜 发表于 2021-2-23 15:26 | 显示全部楼层
CRC是8还是CRC16的？
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真爱吴迪迪 发表于 2021-2-23 15:44 | 显示全部楼层
说实话，第一次看见SPI的CRC校验的。
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 楼主| RISCVLAR 发表于 2021-2-23 15:56 | 显示全部楼层
单片小菜 发表于 2021-2-23 15:26
CRC是8还是CRC16的？

SPI接口提供了两种CRC计算方法，取决于所选的发送或接收的数据帧格式：8位数据帧采用CRC8；16位数据帧采用CRC16。
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hezzz 发表于 2023-2-6 11:42 | 显示全部楼层
很少见spi crc feature 测试的，学习一下。
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